激光焊接是一种利用高能量密度的激光束作为热源的高效精密焊接方法,具有焊接速度快、熔深大、变形小、热影响区小、焊缝质量高等优点,已大范围的应用于航空航天、汽车制造、电子通讯、医疗器械等领域。然而,在激光焊接过程中,也会出现一些不良现象,其中最常见的就是飞溅。飞溅是指在激光焊接过程中,熔池外溢或金属蒸发产生的金属颗粒或液滴,它们会附着在工件表面或保护镜片上,影响焊缝的表面上的质量和光学元件的寿命。那么,为何会出现激光焊接飞溅呢?又该如何避免或减少飞溅呢?金密激光将从激光焊接的工作原理、飞溅产生的原因和解决办法三个方面做分析和探讨。
首先,我们要了解激光焊接的工作原理。激光是由激光发生器发出的单色光,通过光纤传导到特制透镜上进行聚焦,使光束聚焦在一点,并且集中对该点输入热量。激光焊接的质量与特点包括:高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊缝。根据功率密度的不同,激光焊接可大致分为热传导型焊接和深熔型焊接。
其次,我们要分析为何会出现激光焊接飞溅。激光焊接飞溅的问题大多有以下几方面:
1.材料本身的特性。不同的材料对激光的吸收率和反射率不同,一般来说,吸收率越高,反射率越低,飞溅越少。例如,铝合金、铜合金等高反射材料对红外激光的吸收率较低,易产生飞溅;而钢、铁等低反射材料对红外激光的吸收率较高,飞溅较少。
2.焊接参数的选择。焊接参数包括激光功率、焦距、焦点位置、焊接速度、保护气体等。这些参数会影响激光束在材料表面的单位体积内的包含的能量和熔池的形成和稳定能力。因此,应该要依据不同的材料和厚度选择正真适合的焊接参数,使单位体积内的包含的能量处于一个适中的范围。
3.焊缝形状和组装间隙。焊缝形状和组装间隙会影响激光束和熔池的相对位置和相互作用。因此,应该要依据不同的焊缝形状和厚度选择正真适合的组装间隙。
4.材料表面的清洁度和保护气体的质量。材料表面如果有油污、氧化物、锌层等污染物或涂层,会影响激光束在材料表面的反射和吸收,并在加热过程中产生气体,导致飞溅的产生。
因此,需要在焊接前对材料表明上进行清洁和除锈,去除污染物或涂层。保护气体的质量也会影响飞溅的产生。保护气体的作用是防止熔池和焊缝与空气中的氧氮等气体发生化学反应,同时也可以吹走熔池中的金属蒸汽和飞溅物。
最后,我们要探讨如何避免激光焊接飞溅。激光焊接飞溅不仅会影响焊缝的质量和美观,还会污染和损坏激光器的光学元件,降低激光器的寿命和稳定能力。因此,减少或消除飞溅是激光焊接工艺中的一个重要问题。目前,有以下几种主流的低飞溅激光焊接技术:
1.改变激光光斑能量分布,避免沸腾,尽可能不用高斯分布的光束。高斯分布的激光束在材料表明产生一个高温区域,轻易造成材料沸腾和汽化,产生大量的金属气体和飞溅。为了尽最大可能避免这种情况,可以将单一的高斯分布激光束改为较为复杂的环状+中心光束,能够大大减少中心材料温度高热汽化,减少金属气体和飞溅的产生。
2.改变扫描方式,摆动焊接。摆动焊接是指在激光焊接过程中,对激光头进行摆动运动,改变激光束在材料表面的扫描轨迹。摆动焊接能大大的提升焊缝的温度均匀性,避免局部温度过高而沸腾。只需要对运动机构的X,Y两轴来控制就可以完成各种轨迹的摆动。但是摆动焊接仅可少量降低焊接飞溅,且会降低焊接速度和效率。
综上所述,任何一种低飞溅激光焊接技术都不可能达到百分之百的无飞溅。使用哪种技术,需要结合应用场景、加工材料以及要达到的效果综合考虑,选择出最符合应用需求的低飞溅激光焊接技术。
总之,激光焊接飞溅是指熔池外溅出的熔化金属,主要由于材料过热而沸腾和汽化引起。激光焊接飞溅会影响焊缝的质量和外观,还会造成激光器的光学元件的污染和损伤。为了尽最大可能避免或减少飞溅,能够使用以下方法:改变激光光斑能量分布,降低中心温度,尽量不使用高斯分布的光束;改变扫描方式,摆动焊接,均匀分布温度;使用短波长,增加吸收率,用蓝光降低飞溅。这些技术各有利弊,应该要依据实际的应用场景、加工材料和效果要求做出合理的选择。