在激光焊接前,刀頭與基體均應(yīng)除油,清潔,除水,以減少焊接氣孔。
金剛石鋸片激光焊接工藝
在一定激光功率下,有一最大板厚,功率越高,允許焊接的速度越快,生產(chǎn)效率越高。
②激光焊接速度。當(dāng)激光焊接功率定時(shí), 焊接速度就成為影響焊縫強(qiáng)度的主要因素。在激光金剛石鋸片焊接中,焊接深度與焊接速度成反比,焊接深度及焊縫寬度隨焊接速度的加快而減小。若焊接速度太快,氣體來(lái)不及逸出,焊縫中易產(chǎn)生氣孔,且熔深淺,不能焊透;如果焊接速度太慢,焊縫熱影響區(qū)因過(guò)熱使晶粒粗大變脆,工件變形也大,還會(huì)使材料熔化過(guò)快,熱影響加大,甚至氣化,刀頭材料嚴(yán)重?zé)龘p而穿孔,降低刀頭的焊接強(qiáng)度。
確定焊接速度的上限是為了防止金屬未熔透和自淬速度過(guò)快以致不能流動(dòng)和融合,否則,熔化金屬會(huì)趨于僅沿被焊工件頂端形成焊珠。而焊速到達(dá)低限焊速且低至一定值時(shí), 激光穿透等離子體到達(dá)小孔底部的激光功率密度過(guò)小,不足以氣化材料,蒸氣壓不足以維持小孔,小孔崩塌,焊接過(guò)程變?yōu)闊醾鲗?dǎo)型,過(guò)量的熱傳導(dǎo)引起焊縫向側(cè)向擴(kuò)展,過(guò)多的功率吸收還會(huì)引起材料局部蒸發(fā)損失。
對(duì)于給定的激光功率,存在一個(gè)維持深熔焊接的最低焊接速度, 在此最低焊速下的熔深為給定焊接條件下的最大熔深。熔深、縫寬均隨焊速增加而減小,當(dāng)焊速大于15mm/s時(shí),焊縫深寬比大于1。
激光功率與焊速影響焊接深度和焊縫寬度,進(jìn)而影響焊縫強(qiáng)度。當(dāng)焊速-定時(shí), 焊縫強(qiáng)度有一臨界區(qū)。當(dāng)激光功率低于下限值時(shí),焊縫強(qiáng)度隨功率的增加而增加,這是因?yàn)殡S功率的增加,焊接深度增加從而使焊接強(qiáng)度增加。當(dāng)激光功率大于臨界區(qū)的上限時(shí),強(qiáng)度反而隨微光功率的增加而降低。這可能解釋為,過(guò)高的功率燒損了焊縫區(qū)的合金元素,空洞增多,使焊縫強(qiáng)度和力學(xué)性能下降。
④焊接方式及光束偏移量。在激光焊接金剛石鋸片時(shí),由于刀頭比基體厚,屬于兩種不同厚度材料的焊接,此時(shí),激光束作用位置應(yīng)略偏向基體側(cè), 并帶有一定的角度, 以獲得角焊效果。激光人射角一般選在4° ~11。又因?yàn)榈额^是粉末冶金材料,焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生飛濺,污染光學(xué)透鏡,焊接時(shí)光束不能直接作用在刀頭與基體的結(jié)合處,而是偏向基體一側(cè),將激光人射點(diǎn)與焊縫中心線的距離稱為光束偏移量。研究結(jié)果表明,光束偏移量對(duì)焊縫氣孔形成影響很大,合適的偏移量可以減少焊縫內(nèi)的氣孔,從而提高焊接強(qiáng)度。光束偏移量太大,雖焊縫外觀漂亮,但可能造成刀頭未焊上或焊深淺,實(shí)際為假焊;若偏移量太小,則氣孔多,影響焊縫外觀質(zhì)量,也影響焊縫強(qiáng)度。有人研究了光束偏移量對(duì)激光焊接效果的影響。試驗(yàn)中采用激光功率680W,焊接速度為1m/min,焦點(diǎn)置于工件表面,保護(hù)氣流量為2.5m3/h。
⑤保護(hù)氣體流量及等離子體的控制。在激光焊接中,保護(hù)氣體的流量也起重要作用。保護(hù)氣體不僅可保護(hù)焊接區(qū)不被氧化,而且還用來(lái)保護(hù)聚焦透鏡,避免其受到金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。氣流量太小,起不到保護(hù)作用,焊縫被氧化,呈脆性;氣流量太大,易吹翻熔池,使焊接過(guò)程不穩(wěn)定,易產(chǎn)生凹凸不平的焊縫,并常形成孔洞,使焊縫強(qiáng)度降低。保護(hù)氣體流量與吹氣噴嘴直徑、噴嘴和工件的距離有關(guān)。激光焊接時(shí)還可抑制激光焊接過(guò)程產(chǎn)生的等離子體,因而對(duì)焊接熔深有很大的影響。保護(hù)氣體流量通常在2 ~3m3/h。
高功率激光深熔焊接時(shí),激光與金屬蒸氣相互作用將其電離形成等離子體。等離子體能反射,折射,吸收人射激光束,對(duì)后繼激光束起著屏蔽作用,導(dǎo)致激光熔池中的激光能量減少,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致熔池中不能產(chǎn)生小孔效應(yīng),從而使熔深減小。在激光焊接金剛石鋸片中,粉末冶金材料由于受到材料致密性的限制,相對(duì)熔煉材料而言,又會(huì)產(chǎn)生致密的金屬蒸氣,故在激光功率密度較低時(shí),光致等離子體較弱。在高功率激光作用下,尤其是焊速較低時(shí),也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的等離子體。因而在激光焊接金剛石鋸片過(guò)程中,也要考慮抑制光致等離子體。通常采用側(cè)吹A(chǔ)r氣來(lái)抑制等離子體。