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激光焊接的主要参数--离焦量的选择

来源:爱游戏APP官网下载(中国)有限公司    日期:2022/10/18

  离焦量是激光焦点离作用物质间的距离。在焊接过程中,离焦量对焊接质量的影响很大。激光焊接通常需要一定的离焦量,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。

激光焊接的主要参数--离焦量的选择


  离焦量于激光焊接的关系:
  离焦方式按焦平面与工件的位置关系,可分为正离焦与负离焦,焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。焊接时,光束的聚焦特性(包括焦距和离焦量)对焊接质量有影响。采用短焦距可获得较高的能量密度,光斑小,要求工件配合间隙要小。
  长焦距能量密度低,焦距较大,但仍可维持一定的能量密度。对接头定位的精度不高时,能量密度足够用于焊接时,可采用长焦距焊接。焦平面位于工件上方的为正离焦,反之为负离焦。正、负离焦量相等时,平面上的功率密度近似相同,但熔池形状不同。
  在实际运用中,薄板焊接时,熔深小,适宜用正离焦;熔深较大时,采用负离焦,如果离焦太远效果也不明显,能量也比较容易分散。通过调节离焦量可以在光束的某一截面选择一光斑直径使其能量密度适合于焊接。在实际加工中,离焦量的控制应先在加工的材料上进行试加工,选择合适的电流及脉宽大小、激光频率,看激光打在材料上的情况,合适的离焦量基本无熔渣溅出。
  离焦量的选择
  对于能够正常焊接的激光功率(或是脉冲能量),在焦平面处的激光功率密度往往已经超过激光焊接所需的功率密度,在焦点位置焊接,可能会出现金属汽化、熔渣飞溅或是打孔现象。正确焊接技术是使焦平面离开工件表面一小段距离,这个距离称为离焦量。如图所示,以工件表面为准,焦平面深入工件内部称为负离焦,焦平面在工件之外称为正离焦。

离焦量平面


  焦平面示意
  一般对熔深要求不高时最好用正离焦,这样很容易获得牢固美观的焊缝。实际焊接过程中经常是激光器各项参数设置完毕后,最后经由微调离焦量,来达到完美的焊接效果。
  离焦量的选择和聚焦镜的焦距数值大小有关,焦平面处的光斑尺寸D与聚焦镜的焦距F和激光光束的发散角θ有关,即
  D=Fθ
  焊接0.5~1mm厚钢板时,聚焦镜焦距通常是100~200mm,对光斑尺寸要求并非十分严格,因而离焦量的选取也有较大的范围。激光焊接金属膜片时,要求熔斑直径小,聚焦镜的焦距也小,在这种情况下离焦量的选择要谨慎,离焦量不宜太大。

激光焊接设备


  在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。当离焦较小时,就会产生较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。当离焦量适中,激光处于较低功率密度时,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。

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