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光纖激光器

光纖激光TIG復(fù)合焊接工藝分析

星之球激光 來源:大族激光2015-05-29 我要評論(0 )   

  激光焊接是一種先進(jìn)的材料加工方式,以速度快、熔深大、變形小、精度高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

   激光焊接是一種先進(jìn)的材料加工方式,以速度快、熔深大、變形小、精度高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。然而,激光在焊接應(yīng)用中依然存在一些不足之處,如對工件精度要求高、熱循環(huán)時間快、易產(chǎn)生裂紋跟氣孔等。激光復(fù)合焊很好地解決了這一難題,它結(jié)合了激光與傳統(tǒng)焊接方式各自的優(yōu)點(diǎn),逐漸發(fā)展成為一種先進(jìn)的材料連接技術(shù),成為科研工作者研究的方向。與激光焊相比,可增大間隙裝配余度和熱效應(yīng),擴(kuò)大了激光焊得應(yīng)用范圍,與電弧焊相比,可提高電弧的穩(wěn)定性和功率密度,從而進(jìn)一步提高焊縫熔深及焊接速度,改善焊接質(zhì)量。光纖激光器作為新一代激光器的代表,開展光纖激光器激光復(fù)合焊技術(shù)研究具有必要性和前瞻性。本研究建立了一套光纖激光器-TIG 復(fù)合焊接
  系統(tǒng),初步驗(yàn)證了光纖激光-TIG 復(fù)合焊接的可行性及其性能。
  1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備
  試驗(yàn)采用德國IPG 公司生產(chǎn)的YLR-500 單模光纖激光器,如圖1 所示,激光功率500 W,TIG焊接機(jī)采用日本松下TIG 焊機(jī),并使用自制的激光-TIG復(fù)合焊頭及三維工作平臺進(jìn)行焊接試驗(yàn),工作臺及復(fù)合焊頭如圖2 所示。
  2 復(fù)合焊對間隙的適應(yīng)性
  光纖激光器是一種高光束質(zhì)量的光源,相對于傳統(tǒng)激光光源,光纖激光器的光斑更小,在焊接有間隙的工件時,對工件間隙的敏感程度更高。在有間隙情況下光纖激光器以及光纖激光-TIG 復(fù)合焊焊縫的金相對比如圖3 所示。

圖3 光纖激光及光纖激光-TIG 復(fù)合焊焊接有間隙工件焊縫金相圖對比
  激光-TIG 復(fù)合焊相對于單獨(dú)激光焊,焊接熔深增加了近兩倍,并且焊縫凹陷減小,更加飽滿,很好的展示了光纖激光-TIG 復(fù)合焊對工件間隙的適應(yīng)能力。光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)引入了電弧熱源,擴(kuò)大了熱作用范圍,熔化金屬增多,橋接能力增強(qiáng),降低了對工件裝配精度的要求,減小了激光焊接技術(shù)應(yīng)用成本,改善了焊縫質(zhì)量,增加了光纖激光焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍。
  3 復(fù)合焊對焊接穩(wěn)定性的影響
  單獨(dú)TIG 焊接易受到環(huán)境因素的影響,尤其是在焊接速度較快時,容易出現(xiàn)咬邊、駝峰等焊接缺陷,而激光-TIG 復(fù)合焊接時,光致等離子體使得電弧穩(wěn)定燃燒并吸引電弧,即使在高速焊接時也不易發(fā)生電弧漂移或拉斷現(xiàn)象。

圖4 TIG 焊與光纖激光-TIG 復(fù)合焊對比

TIG 焊接以及光纖激光-TIG 復(fù)合焊接的焊縫及金相對比如圖4 所示,在不銹鋼表面進(jìn)行堆焊,其中TIG 焊接機(jī)的參數(shù)設(shè)定一致,從結(jié)果來看,光纖激光-TIG 復(fù)合焊引入激光后能夠明顯改善焊縫咬邊等成形情況,增加焊接的穩(wěn)定性。

  4 復(fù)合焊對焊接熔深的影響
  由于兩種熱源的相互作用和影響,復(fù)合焊接的熔深要大于單純激光或TIG 焊接。有研究表明,激光電弧復(fù)合焊中的電弧能夠稀釋光致等離子云,減小其對激光的影響,同時電弧對工件具有一定的預(yù)熱作用,進(jìn)一步提高了激光的吸收率并增加了焊接熔深;另外激光對電弧的聚焦、引導(dǎo)作用使得電弧穩(wěn)定性和效率提升,也有利于增加焊接熔深。

圖5 光纖激光與光纖激光-TIG 復(fù)合焊的金相圖對比
  光纖激光以及光纖激光-TIG 復(fù)合焊接焊縫的金相對比如圖5 所示,試驗(yàn)中激光器的各項(xiàng)參數(shù)保持不變,在304 不銹鋼表面進(jìn)行堆焊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合焊的熔深比激光焊接增加了10%。激光電弧復(fù)合焊接過程是一個高度復(fù)雜的非線性過程,各熱源的焊接參數(shù)、空間姿態(tài)和位置等都會對焊接效果產(chǎn)生影響,有時甚至出現(xiàn)相互抑制的情況。因此,深入開展激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究,尤其是針對光纖激光器等成規(guī)模應(yīng)用的先進(jìn)光源的復(fù)合焊接技術(shù)研究,深化對復(fù)合焊接機(jī)理的認(rèn)識,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。
  5 結(jié)論
 ?。?)通過實(shí)驗(yàn)證明,光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)提高了對工件間隙的適應(yīng)能力,改善了光纖激光焊接對間隙等工件裝配精度過于敏感的特性。
 ?。?)光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)較好的抑制了焊縫咬邊等缺陷的出現(xiàn),增加了焊接過程的穩(wěn)定性。
  (3)研究了光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)對焊接熔深產(chǎn)生的影響,兩種熱源交互作用,在一定程度上提高了焊接熔深。
 ?。?)光纖激光器目前正在逐步普及,對于光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù),尤其是相關(guān)工藝和復(fù)合機(jī)理的研究較少,還需投入精力進(jìn)行深入研究和大力推廣。

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