高能束及特種激光焊接技術(shù)的發(fā)展分析(3)
激光焊可形成深而窄的焊縫,焊速高、熱輸入低,但投資高,對(duì)工件制備精度要求高,對(duì)鋁等材料的適應(yīng)性差。Laser-GMA的復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)在:電弧增加了對(duì)間隙的橋接性(Ability of gap bridging),其原因有二:一是填充焊絲,二是電弧加熱范圍較寬;電弧功率決定焊縫頂部寬度;激光產(chǎn)生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力,使電弧更穩(wěn)定;激光功率決定了焊縫的深度;更進(jìn)一步講,復(fù)合導(dǎo)致了效率增加以及焊接適應(yīng)性的增強(qiáng)。
激光 — 電弧復(fù)合在1970年就已提出,然而,穩(wěn)定的加工直至近幾年才出現(xiàn),這主要得益于激光技術(shù)以及弧焊設(shè)備的發(fā)展,尤其是激光功率和電流控制技術(shù)的提高。
激光電弧復(fù)合對(duì)焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng),一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度,工件對(duì)流損失減??;二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。焊接鋼時(shí),激光等離子體使電弧更穩(wěn)定,同時(shí),電弧也進(jìn)入熔池小孔,減小了能量的損失;焊接鋁時(shí),由于疊加效應(yīng)幾乎與激光波長無關(guān),其物理機(jī)制和特性尚待進(jìn)一步研究。
Laser-TIG Hybrid可顯著增加焊速,約為TIG焊接時(shí)的2倍;鎢極燒損也大大減小,壽命增加;坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時(shí)相近。阿亨大學(xué)弗朗和費(fèi)激光技術(shù)學(xué)院研制了—種激光雙弧復(fù)合焊接(HyDRA-Hybrid Welding With Double Rapid Arc),與激光單弧復(fù)合焊相比,焊接速度可增加約三分之一,線能量減小25% 。
英國Conventry大學(xué)現(xiàn)代連接中心(Centre f Advanced Joining)亦有Laser-plasma復(fù)合焊接的報(bào)導(dǎo)(PALW-Plasma Arc augmented Laser Welding)。其優(yōu)點(diǎn)是:提高焊接速度和熔深;由于電弧加熱,金屬溫度升高,降低了金屬對(duì)激光的反射率,增加了對(duì)光能的吸收。在小功率CO2激光試驗(yàn)基礎(chǔ)上,還要在12000W CO2激光以及光纖傳輸?shù)?kW YAG激光器上進(jìn)行,并為機(jī)器人進(jìn)行PALW打基礎(chǔ)。
2.5 激光、工件與保護(hù)氣體相互作用的研究
激光、工件、保護(hù)氣體相互作用與離焦量關(guān)系密切,在一定離焦范圍內(nèi)為深熔焊接,產(chǎn)生顯著的等離子體,超過一定的離焦范圍,則為熱傳導(dǎo)焊接,等離子體的影響比較小。
等離子體對(duì)入射激光具有折射、吸收、散焦以及屏蔽作用,這是激光焊接中的一個(gè)重要問題。
法國A · Poueyo-Verwaerde等診斷了CO2激光焊接等離子體。熱電探測(cè)器用于記錄反射的激光,可見光光電管用于收集等離子體輻射;通過多通道光譜儀進(jìn)行光譜分析;用高速攝影機(jī)記錄等離子體的圖像。經(jīng)過分析,得到了電子溫度、電子密度與工件表面距離的關(guān)系以及反射率與等離子體亮度的關(guān)系。
激光 — 電弧復(fù)合在1970年就已提出,然而,穩(wěn)定的加工直至近幾年才出現(xiàn),這主要得益于激光技術(shù)以及弧焊設(shè)備的發(fā)展,尤其是激光功率和電流控制技術(shù)的提高。
激光電弧復(fù)合對(duì)焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng),一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度,工件對(duì)流損失減??;二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。焊接鋼時(shí),激光等離子體使電弧更穩(wěn)定,同時(shí),電弧也進(jìn)入熔池小孔,減小了能量的損失;焊接鋁時(shí),由于疊加效應(yīng)幾乎與激光波長無關(guān),其物理機(jī)制和特性尚待進(jìn)一步研究。
Laser-TIG Hybrid可顯著增加焊速,約為TIG焊接時(shí)的2倍;鎢極燒損也大大減小,壽命增加;坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時(shí)相近。阿亨大學(xué)弗朗和費(fèi)激光技術(shù)學(xué)院研制了—種激光雙弧復(fù)合焊接(HyDRA-Hybrid Welding With Double Rapid Arc),與激光單弧復(fù)合焊相比,焊接速度可增加約三分之一,線能量減小25% 。
英國Conventry大學(xué)現(xiàn)代連接中心(Centre f Advanced Joining)亦有Laser-plasma復(fù)合焊接的報(bào)導(dǎo)(PALW-Plasma Arc augmented Laser Welding)。其優(yōu)點(diǎn)是:提高焊接速度和熔深;由于電弧加熱,金屬溫度升高,降低了金屬對(duì)激光的反射率,增加了對(duì)光能的吸收。在小功率CO2激光試驗(yàn)基礎(chǔ)上,還要在12000W CO2激光以及光纖傳輸?shù)?kW YAG激光器上進(jìn)行,并為機(jī)器人進(jìn)行PALW打基礎(chǔ)。
2.5 激光、工件與保護(hù)氣體相互作用的研究
激光、工件、保護(hù)氣體相互作用與離焦量關(guān)系密切,在一定離焦范圍內(nèi)為深熔焊接,產(chǎn)生顯著的等離子體,超過一定的離焦范圍,則為熱傳導(dǎo)焊接,等離子體的影響比較小。
等離子體對(duì)入射激光具有折射、吸收、散焦以及屏蔽作用,這是激光焊接中的一個(gè)重要問題。
法國A · Poueyo-Verwaerde等診斷了CO2激光焊接等離子體。熱電探測(cè)器用于記錄反射的激光,可見光光電管用于收集等離子體輻射;通過多通道光譜儀進(jìn)行光譜分析;用高速攝影機(jī)記錄等離子體的圖像。經(jīng)過分析,得到了電子溫度、電子密度與工件表面距離的關(guān)系以及反射率與等離子體亮度的關(guān)系。
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