该【2024年激光焊接实验报告 】是由【书犹药也】上传分享，文档一共【23】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【2024年激光焊接实验报告 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。激光焊接试验报告试验目标1、了解激光焊接的基本原理及特点,熟悉利用激光进行金属焊接的详细过程。2、观测CO2与YAG两种激光器的焊接过程,了解其焊接方式的条件及形成机理。3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和措施,能够进行简单的焊接操作。4、掌握金相测量措施,观测和统计焊接试验现象,测量熔深、熔宽,并对焊接成果进行合理分析。5、了解激光焊接的应用。,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度不小于105~107W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具备焊接速度快、深宽比大的特点。图1是CO2激光器焊接结构图。星空体育app官网入口图1CO2激光器焊接结构图在焊接金属的过程中,伴随激光功率密度提升,材料表面会发生一系列变化,其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不一样功率密度激光焊接金属材料时的重要过程如图2所示。当激光功率密度小于104W/cm2数量级时,金属吸取激光能量只引起材料表层温度的升高,并没有发生熔化。当功率密度在不小于104W/cm2小于106W/cm2数量级范围内时,金属料表层发生熔化。功率密度达成106W/cm2数量级时,材料表面在激光束的作用下发生气化,在气化反冲压力的作用下,液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同时,伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度不小于107W/cm2时,光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输,形成等离子体云团,出现等离子体对激光的屏蔽现象。图2不一样功率密度激光辐照金属材料的重要物理过程激光焊接模式依照是否产生小孔效应能够把激光焊接分为两种模式,即热导焊模式和深熔焊模式。、激光热传导焊接激光加热加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池,如图3(a)所示。当焊接熔池在金属蒸汽反冲压力作用下向下凹陷形成深熔小孔后,材料对激光的吸取将发生突变。材料的吸取率将不再仅与激光波长、金属特性和材料表面状态有关,而重要取决小孔效应和等离子体与激光的相互作用等原因,此时焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接。、激光深熔焊接激光深熔焊接一般采取连续激光光束完成材料连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相同,即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下,材料产生蒸发并形成小孔。这个布满蒸汽的小孔犹如一个黑体,几乎吸取所有的入射光束能量,孔腔内平衡温度达2500C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内布满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料(而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量首先沉积于工件表面,然后靠传递输送到内部)。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不停进入小孔,小孔外的材料在连续流动,伴随光束移动,小孔一直处在流动的稳定状态。也就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属伴随前导光束前进速度向前移动,熔融金属填充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成,如图3(b)所示。上述过程的所有这一切发生得如此快,使焊接速度很轻易达成每分钟数米。a激光热导焊示意图b激光深熔焊示意图图3激光焊接原理图激光束自聚焦过程激光束作用金属材料表面时,在低功率密度情况下,金属材料对激光的吸取仅发生在表面很薄区域内,使表面温度升高。当激光功率达成材料蒸发所需的临界功率密度时,金属表面开始发生蒸发。伴随激光功率密度的升高,蒸发产生的压力增大,熔池的下陷深度增加,同时,熔池表面的曲率半径将减小,如图4所示。因为熔池表面下陷,形成凹坑,导致激光束辐照在熔池上的入射角发生变化,凹陷的熔池使入射激光经反射后汇聚于熔池底部,更高的功率密度促使熔池底部金属蒸发加剧,产生的反冲压力升高,促使熔池深入下陷。当材料的蒸发压力达成某一临界值时,蒸汽产生的反冲压力使下陷的熔池陡然形成小孔,焊接深度跳跃式增加,材料对激光的吸取率将急剧增加,形成激光深熔焊接。图4激光束自聚焦示意图激光焊接的工艺参数激光焊的重要工艺参数包括脉冲能量、脉冲宽度(脉宽)、脉冲形状、功率密度以及离焦量或焦点位置等。,存在一个激光能量密度阈值,低于此值,熔深很浅,一旦达成或超出此值,熔深会大幅度提升。只有当工件上的激光功率密度超出阈值,等离子体才会产生,这标志着稳定深熔焊的进行。假如激光功率低于此阈值,工件仅发生表面熔化,也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处在小孔形成的临界条件附近时,深熔焊和传导焊交替进行,成为不稳定焊接过程,导致熔深波动很大。在传导型激光焊接中,功率密度在范围在104~106W/cm2,在激光深熔焊接的功率密度在108~1010W/cm2。,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化,在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。,它既是区分于材料清除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的核心参数。,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,轻易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种:正离焦与负离焦。在实际应用中,当要求熔深较大时,采取负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。如图5所示。,如吸取率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等,其中最重要的是吸取率。影响材料对激光光束的吸取率的原因包括两个方面:首先是材料的电阻系数,通过对材料抛光表面的吸取率测量发觉,材料吸取率与电阻系数的平方根成正比,而电阻系数又随温度而变化;其次,材料的表面状态(或者光洁度)对光束吸取率有较重要影响,从而对焊接效果产生明显作用。:。从图6中得:固体金属表面对激光的反射性较强,这是因为金属对激光的吸取重要是通过大量自由电子的带间跃迁实现的,自由电子受光波中强烈的电磁波的影响强迫振动而产生次波,次波又导致强烈的反射波和比较弱的透射波。因此,金属的电导率越高,其反射率也越高。,在激光作用下金属的吸取率与温度的关系可由下面的公式描述:,从理论上,材料对激光的吸取率随温度的升高而增大,金属材料在室温下的吸取率都比较小,当金属温度达成熔点产生熔融和气化后,吸取率上升到40~50%;当接近沸点时吸取率可高达90%,激光功率越大、作用时间越长,金属的吸取率越高。:粗糙度、氧化层和缺陷等对激光的反射率影响很大。因此增大材料表面粗糙度能够提升材料对激光的吸取率。当粗化表面微观不平度达成波长量级左右时,材料对激光的吸取率变化较大。但伴随温度的升高,这种现象将减少,甚至为零。,提升速度会使熔深变浅,但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。因此,对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个适宜的焊接速度范围,并在其中对应速度值时可取得最大熔深。:ⅰ、激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池,当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护,但对大多数应用场所则常使用氦、氩、氮等气体作保护,使工件在焊接过程中免受氧化。ⅱ、保护聚焦透镜免受金属蒸汽污染和液体熔滴的溅射。尤其在高功率激光焊接时,因为其喷出物变得非常有力,此时保护透镜则更为必要。ⅲ、驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。金属蒸汽吸取激光束电离成等离子云,金属蒸汽周围的保护气体也会因受热而电离。假如等离子体存在过多,激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面,使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率,以减少等离子体中的电子密度。中性原子越轻,碰撞频率越高,复合速率越高;另首先,只有电离能高的保护气体,才不致因气体自身的电离而增加电子密度。从表可知,等离子体云尺寸与采取的保护气体不一样而变化,氦气最小,氮气次之,使用氩气时最大。等离子体尺寸越大,熔深则越浅。导致这种差异的原因首先因为气体分子的电离程度不一样,另外也因为保护气体不一样密度引起金属蒸汽扩散差异。SlabDC035——CO2激光器。配备六轴联动激光三维加工系统(ARNOLD),参数如下:~mm1000mm120on360o:YAG激光器焊接系统RofinCW025——YAG激光器。配备五轴联动机械手,参数如下:~:45#低碳钢(6mm厚),6061铝合金。Nd:YAG激光器焊接:316L不锈钢,6061铝合金。金相:5%硝酸、10%NaOH溶液。,焊接过程中依次增大激光器功率,对比不一样的金属材料(低碳钢,铝合金)在不一样功率下对焊接过程实现想象及成果。试验过程中仔细观测试验现象,如激光焊接时的颜色、声音和产生的火花现象。试验过程中严格统计试验数据、试验现象,因为两种激光对人眼都有伤害,试验过程中必须严格遵守对应安全守则。