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1、脉冲激光焊接参数研究曹明翠郑启光孙书华华中工学院激光研究所提要讨论了脉冲激光微型焊接中,对于激光的脉冲形状、激光脉冲宽度、激光通量密度等的选择,并给出了实验结果。艺二“乞,该。。夕、。叼卿昆。,、吐,,义坛,。表面时激光被反射而损耗一部分被金属一、激光波形表面吸收的热通量密度应为二,一一,。。一、,,、,一一厂勒扩激光波形在脉冲激光微型焊接中是一个一,重要问题特别是对于厚度为毫米左右一一。纂的薄片焊接更为重要因为当激光入射到金,属表面时金属表面要将多的激光能其中为光斑中心在金属表面上产生的热量反射而损耗掉。为了减少这部分能量的损通量密度
2、,。一一几。为金属表面,,。耗有的采用在金属表面涂一层对激光吸收的反射率它随金属表面温度的升高而减少。率很强的粉末有的采用在高反射率金属表大部分金属在激光作用的初始时刻反射率为。。,面复盖一层低反射率的金属薄层根据我们外当温度升高到沸点时反射率就,。。的大量实验研究认为采用适当的激光波形降低到界左右故也是温度的函数,是减少金属表面反射损耗避免后期蒸发的假定光斑处被金属吸收的热通量密度是。,一种重要方法不变的在金属表面光斑中心处温度和热通假定在工件上光斑的功率密度分布为高量密度的关系可对整个脉宽二积分〔」,得到斯函数丁汀。尹尸。。堵一子。
3、,,、,、,‘、、,一、,,二。一。环尸是金属热扩散率为了使金属表面在接近。不,熟甲了刀尤址甲心廷阴叨竿搜度一一甲,、乞沸点之内传递能量激光参数之间必须满足。砰为工件上的光斑半径收。。激光作用于金属稿日期年月日。下列关系随脉宽成平方根关系减少图为铜在常温,,。,,〕。产尸,,下金属表面维持于沸点之内时热通量密度月”。呀一几厂一一一王矛一一。随脉宽变化的曲线,考虑焊接时需要光斑能量分布较均匀,在一个脉冲激光作用时间内金属表面,,要求有适当的离焦量的特点在实际计算时的温,度要从室温升高到接近于沸点处子固。。。只考虑其平均热通量密度万在焊接中
4、。,态到液态的瞬时变化中从表可以看出,,对于脉宽稍短光斑稍大热扩散率稍低的金,当金属的温度升高时金属的比热变化是不,属若满足下列条件,,大的而热传导率却随着温度的升高而减少丁,,,簇特别是当金属从固态转变为液态时其热传。导率几乎减少了一半根据公式“一万可则高斯热源的温度分布模型与均匀热源的温,,知液态的热扩散率也几乎为固态的一半左度分布模型基本一致故公式可按均匀热。。右即公式匀中的金属特性因子随着焊源的温度分布而简化为。。。二,、派,。点处金属表面温度的升高而降低由于。一万警。一了万尹卫节了多勺刀,,仕少与是开方根关系所以当金属熔化时—
5、‘、从当值几乎减少到固态时的倍。因此在脉宽、、,,式中万都决定于金属特性和温度选定后为了使金属表面控制在沸点之内热,,,金属和温度确定后式右边为常数通量密度不应以恒定值输入而应以衰减波,。式可见单次脉冲激光焊接中热通量密度形式输入表面熔化后输入的热通量密度应。为固态时输入之值的倍左右,激光脉冲作用时间内金属反射率的变〔幻。,的只七化如图所示其反射率是时间的函数故由公式可得翎丫米娜倒。名一才。才〔〕尸。才一。才一云〔〕图中曲线和分别是铜和钢在一个脉冲。激光作用时间内相对反射率的变化激光开,,始作用的瞬间反射率很高当焊点的温度二。启毫舀,上
6、升到熔点的一段时间内反射率迅速下降。,图金属铜在室温下热通量密图中段焊点处于熔化状态反射率稳定,度和脉宽的关系于某一值图中段随着熔化层加厚表一一,牢狙一一‘全一一一里止一一止兰一一势传导率比热热传导率比热一一度一竺乡二⋯竺卫一燮兰二卫呈生二互竺上铝错锡钦锌铜些“·匕。“兰‘夕‘‘名夕竺。,了吞“夕竺竺···’“,澎门‘,一····’“’’。忍艺。’。·‘汤。·,·之〕···“一。”‘。‘‘了。努〕注。’,“·“·“,‘吕。〔,仁少,‘吕。住夕、,。、、相钦之类反射率大约为外而金银铜、铝等反射率高达多以上。根据铜和锹、、、、的初始时刻的绝
7、对反射率和图可以粗略地、、计算出铜和钢表面分别处在室温熔点沸点,。公常血叼布并时的绝对反射率见表再参照图就可以粗略地绘出铜和钢使表面维持于沸点所需,。,要的激光波形见图从图中可见对激光、、、,具有高反射率的金属如金银铜铝的焊接最好采用近似指数形式的衰减波而低反射一标‘“了、、、,率的金属如钢铁镍钦等则采用一般衰减一。。止一波就可以了川微于七、口一表图个激光脉冲讯号过程中金属、二激光脉宽反射率随时间的变化脉,宽是脉冲激光焊接的重要参数之一金属表面在一个脉冲激光作用目前,时间内绝对反射率的变化的资料对这一参数的估算大多是根据。、、一、度‘之
8、。。⋯所需要的熔深来确定的如在光斑和熔深比,。、“‘熔户金、王确定的情况下估算所需要的最短脉宽或一。者用热时间常数来估算脉宽根据我们的实土,肠,一理一⋯一竺⋯验研究和对国内外实验资料的分析认为上一—述估算方
