激光焊接熔深與焊接線能量的關系

發布時間：2016-07-18 | 來源：星鴻藝激光焊接運營部 | 分享：

    由于粉末冶金材料內部存在孔隙，其結合強度遠比熔煉材料要低，在保證焊接熔深的條件下，必須采用最低線能量輸入，以減小焊接熱影響區。焊接線能量是激光作用于焊接方向單位長度的能量，為能量是否有效利用的重要參數。激光深熔焊的全熔透工藝條件，全熔透曲線和板厚有關，對厚板來說，穩定深熔焊曲線應當包含全熔透曲線。為研究焊接線能量對焊接結果的影響，考察Co粉末材料激光焊接單位長度的能量輸入（以下簡稱線能量）與熔化深度的關系，焊接線能量W(單位kj/cm)定義為
    W=P/v
式中，P為工件表面的入射激光功率，v為焊接速度。
    作者采用EFA51型CO2激光器，f/5的聚焦系統，在厚度分別為3 mm、4 mm的純Co燒結試樣板上進行試驗。小孔上空的等離子焰用側吹He氣壓縮，氣流與工件表面成45o角，主吹氬氣保護熔池，以背面出現均勻等寬的背面焊縫為剛好全熔透焊縫。
    產生全穿透焊接的熱輸入與激光功率和焊接速度均成函數關系，在激光功率一定時，可得到一個最小熱輸入的焊接速度。同理，在焊速一定時，也可得到一個最小的熱輸入功率。隨著激光功率和焊速按一定比例增加，可以得到窄而深的焊縫且熱輸入減少，而隨著焊速的減小和功率的增大，焊縫熔深變淺。
    取激光焊接機激光功率為0.8—1.3 kW，調節焊接速度和離焦量，板厚3mm'除能得到全焊透，得出一系列全焊透條件下的線能量。結果表明，激光功率為1.2 kW時，線能量W有一最小值，此時v=15 mm/s，W=0.8 kj／cm，焊縫的深寬比最大。取線能量為0.6kj／cm的條件下進一步的實驗發現，焊縫熔深隨激光功率變化，在同樣的線能量輸入條件下，焊縫熔深隨激光功率的提高而增加，而熔寬卻幾乎保持不變。因此對基于小孔效應的焊接方法而言，提高激光功率密度對增加焊縫熔深的作用要比減小焊接速度的效果明顯。
    在4 mm厚試樣表面掃描焊縫，得出焊接熔深與線能量有若干對應的分散點，焊接線能量包絡曲線，即最小線能量的曲線如圖，通過計算分析得出包絡線的數學表述為
    H＝一0. 32+3.6W0.25 
式中，H為焊接穿透深度(mm)，W為線能量(k／cm)。

    圖Co粉試樣激光焊接熔深與焊接線能量的關系
    一個實際焊接中所給定的參數的數據落在這個曲線上都可認為是一神好的參數狀態。若選定的數據處在圖中包絡曲線下，則可認為這個焊接系統的能量利用效率較低，這就要分析是否由激光傳輸系統或聚焦系統以及其它方面的因素引起。值得注意的是，在大部分實際的激光深穿透焊接中，所選定的數據均略在圖中曲線之下，但這些焊接參數仍是可接受的。對激光深熔焊來說，高功率大速度可以使激光的有效利用率提高，而且采用較高的激光功率能夠得到更大的穩定深熔焊的焦點位置范圍。當然，這種激光功率的提高有一定限度，因為過高的激光功率使等離子體對激光的吸收加強，反而降低熔深。實際上，當激光功率很小時，通過降低焊接速度可以獲得較大的線能量。

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