單面激光焊接工藝要素解析
發(fā)布時(shí)間：2016-06-06單面激光焊接
激光單面焊接主要利用的是激光深熔焊接的“小孔效應(yīng)”現(xiàn)象。當(dāng)激光功率密度達(dá)到5 X l05一5 X l07 W／cm2時(shí)，金屬在激光照射下被迅速加熱，導(dǎo)致輻射區(qū)表層金屬被熔化和汽化。當(dāng)金屬汽化時(shí)，所產(chǎn)生的金屬蒸氣以一定的速度離開(kāi)熔池，蒸發(fā)速率足夠大時(shí)，所產(chǎn)生的高匝蒸氣的壓力足夠克服液態(tài)金屬的表面張力和液體重力，從而排開(kāi)部分液態(tài)金屬，使激光作用區(qū)處的熔池下凹，形成小坑。當(dāng)光束在小孔底部繼續(xù)加熱汽化時(shí)，所產(chǎn)生的蒸氣一方面壓迫坑底液態(tài)金屬使小坑進(jìn)一步加深；另一方面，向坑外逸出的蒸氣將熔化的金屬排向熔池四周，形成一個(gè)細(xì)小的長(zhǎng)孔。當(dāng)光束能量所產(chǎn)生的金屬蒸氣壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力達(dá)到平衡后，小孔將不再繼續(xù)加深而形成一個(gè)穩(wěn)定深度的小孔（即小孔效應(yīng)）而實(shí)現(xiàn)焊接。
采用德國(guó)Dr．Fristch公司BSM 220焊接系統(tǒng)對(duì)薄壁金剛石工程鉆頭進(jìn)行激光焊接的情景。也可用LSM240全自動(dòng)激光焊接系統(tǒng)改裝的金剛石鉆頭焊接系統(tǒng)。
激光單面焊接工藝，下面分別從光點(diǎn)位置、激光功率、激光焊接速度、等離子體的控制等影響鉆頭激光焊接質(zhì)量的幾個(gè)重要方面進(jìn)行介紹。
1．激光功率
對(duì)于焊接薄壁鉆頭，由于鋼基體是圓筒形的，激光束入射時(shí)就會(huì)有一部分激光能量被反射掉，因而同焊鋸片相比，激光功率要相對(duì)高一些。功率密度過(guò)小，就會(huì)出現(xiàn)焊不透且熱影響區(qū)很大，但過(guò)大的激光功率會(huì)使熔池翻滾，產(chǎn)生一波一波的突起和空洞，降低焊縫有效承載面積，抗彎強(qiáng)度下降。
分別是在0.8、1.2、1.6、2.0 mlmin四種不同焊接速度下激光功率對(duì)焊縫熔深的影響。對(duì)于多68 mm鉆頭，激光功率選擇1 300～1 500 W，焊接速度在1.1～1.2mmin范圍內(nèi)。
2．焊接速度
分別是在1.0、1.5、2.0、2.5 kW四種不同激光功率下，焊接速度對(duì)單面焊縫熔深的影響。確定焊速上限是為了防止金屬未熔透和自熔速度過(guò)快，以致不能流動(dòng)和融合，焊縫不光滑、不連續(xù)，焊速達(dá)到低限時(shí)，過(guò)量的熱傳導(dǎo)引起焊縫向側(cè)向擴(kuò)展，焊縫寬且向上凹陷，過(guò)渡層局部蒸發(fā)損失，熱影響區(qū)擴(kuò)大。
3．等離子體的控制
鉆頭單面焊接時(shí)，JI頭粉末冶金材料與焊接普通熔煉材料一樣，隨著激光功率的提高，焊接過(guò)程中會(huì)有光致等離子體產(chǎn)生。當(dāng)?shù)入x子體密度達(dá)到一定程度后，將直接影響被焊材料對(duì)激光的吸收，不利于獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫，所以必須對(duì)光致等離子體進(jìn)行控制。通過(guò)側(cè)吹保護(hù)氣體可控制等離子體的產(chǎn)生，并將已產(chǎn)生的等離子體云吹散，使焊接金剛石鉆頭達(dá)到所需的熔深。
