高能束及特种激光焊接技术的发展
0 前言
高能束流焊接的功率密度(Power Density)可达到105W/cm?-2以上。
束流可由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。目前,用在焊接领域的高能束流主要是等离子弧、电子束和激光束。TI ..
尤其是对YAG激光,由于可用光纤传输,给加工带来了极大的方便。瑞士LASAG公司的FLS 系列YAG固体激光机颇在这方面有代表性。其主要特点是:
⑴一机多用,一台激光机同时具有焊接、切割、打孔和剥离(Laser Ablation)等功能。 ⑵采用一台激光机可进行多工位(可达6个)加工。既可进行不同工位的分时加工,也可进行几个(多至6个)工位的同时加工(能量多工位分配)。 ⑶光纤长度(从激光加工机到工位的距离)最长可达60m 。 ⑷开放式的控制接口,可与CNC、PLC、PC等直接相连。 ⑸具有远距离诊断功能。 2.4 束流的复合 最主要的是激光 — 电弧复合(Laser Arc Hybrid)。复合加工时,激光产生的等离子体有利于电弧的稳定;复合加工可提高加工效率;可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性;可增加焊接的稳定性和可靠性;通常,激光加丝焊是很敏感的,通过与电弧的复合,则变的容易而可靠。 激光 — 电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA。通过激光与电弧的相互影响,可克服每一种方法自身的不足,进而产生良好的复合效应。 GMA (GAS Metal Arc)成本低,使用填丝,适用性强,缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热载荷大。激光焊可形成深而窄的焊缝,焊速高、热输入低,但投资高,对工件制备精度要求高,对铝等材料的适应性差。Laser-GMA的复合效应表现在:电弧增加了对间隙的桥接性(Ability of gap bridging),其原因有二:一是填充焊丝,二是电弧加热范围较宽;电弧功率决定焊缝顶部宽度;激光产生的等离子体减小了电弧引燃和维持的阻力,使电弧更稳定;激光功率决定了焊缝的深度;更进一步讲,复合导致了效率增加以及焊接适应性的增强。 激光 — 电弧复合在1970年就已提出,然而,稳定的加工直至近几年才出现,这主要得益于激光技术以及弧焊设备的发展,尤其是激光功率和电流控制技术的提高。 激光电弧复合对焊接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应,一是较高的能量密度导致了较高的焊接速度,工件对流损失减小;二是两热源相互作用的叠加效应。焊接钢时,激光等离子体使电弧更稳定,同时,电弧也进入熔池小孔,减小了能量的损失;焊接铝时,由于叠加效应几乎与激光波长无关,其物理机制和特性尚待进一步研究。 Laser-TIG Hybrid可显著增加焊速,约为TIG焊接时的2倍;钨极烧损也大大减小,寿命增加;坡口夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光技术学院研制了—种激光双弧复合焊接(HyDRA-Hybrid Welding With Double Rapid Arc),与激光单弧复合焊相比,焊接速度可增加约三分之一,线能量减小25% 。 英国Conventry大学现代连接中心(Centre f Advanced Joining)亦有Laser-plasma复合焊接的报导(PALW-Plasma Arc augmented Laser Welding)。其优点是:提高焊接速度和熔深;由于电弧加热,金属温度升高,降低了金属对激光的反射率,增加了对光能的吸收。在小功率CO2激光试验基础上,还要在12000W CO2激光以及光纤传输的2kW YAG激光器上进行,并为机器人进行PALW打基础。 2.5 激光、工件与保护气体相互作用的研究 |
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