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激光深熔焊接一般采用連續(xù)激光光束完成材料的連接,其冶金物理過程與電子束焊接極為相似,即能量轉(zhuǎn)換機制是通過“小孔”(Key-hole)結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度激光照射下,材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔。這個充滿蒸氣的小孔猶如一個黑體,幾乎吸收全部的入射光束能量,孔腔內(nèi)平衡溫度達2500 0C左右,熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態(tài)金屬四周包圍著固體材料(而在大多數(shù)常規(guī)焊接過程和激光傳導(dǎo)焊接中,能量首先沉積于工件表面,然后靠傳遞輸送到內(nèi)部)??妆谕庖后w流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。光束不斷進入小孔,小孔外的材料在連續(xù)流動,隨著光束移動,小孔始終處于流動的穩(wěn)定狀態(tài)。就是說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進速度向前移動,熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,焊縫于是形成。另外,CO2激光10kW以上大功率焊接時,若使用氣保護氣體,常誘發(fā)很強的等離子體,使熔深變淺。上述過程的所有這一切發(fā)生得如此快,使焊接速度很容易達到每分鐘數(shù)米。
由光學(xué)震蕩器及放在震蕩器空穴兩端鏡間的介質(zhì)所組成。介質(zhì)受到激發(fā)至高能量狀態(tài)時,開始產(chǎn)生同相位光波且在兩端鏡間來回反射,形成光電的串結(jié)效應(yīng),將光波放大,并獲得足夠能量而開始發(fā)射出激光。激光亦可解釋成將電能、化學(xué)能、熱能、光能或核能等原始能源轉(zhuǎn)換成某些特定光頻(紫外光、可見光或紅外光)的電磁輻射束的一種設(shè)備。轉(zhuǎn)換形態(tài)在某些固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中很容易進行。當(dāng)這些介質(zhì)以原子或分子形態(tài)被激發(fā),便產(chǎn)生相位幾乎相同且近乎單一波長的光束-激光。(4)激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引,可放置在離工件適當(dāng)之距離,且可在工件周圍的機具或障礙間再導(dǎo)引,其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。由于具同相位及單一波長,差異角均非常小,在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳送的距離相當(dāng)長。
用于焊接的主要有兩種激光, 即CO2 激光和Nd:YAG激光。CO2 激光和Nd: YAG激光都是肉眼不可見紅外光。Nd: YAG激光產(chǎn)生的光束主要是近紅外光,波長為1. 06 Lm, 熱導(dǎo)體對這種波長的光吸收率較高,對于大部分金屬, 它的反射率為20% ~ 30%。只要使用標(biāo)準(zhǔn)的光鏡就能使近紅外波段的光束聚焦為直徑0. 25 mm。CO2 激光的光束為遠紅外光, 波長為10. 6Lm, 大部分金屬對這種光的反射率達到80% ~ 90%,需要特別的光鏡把光束聚焦成直徑為0. 75 - 0. 1mm。Nd: YAG激光功率一般能達到4 000~ 6 000W左右, 現(xiàn)在功率已達到10 000W。由于具同相位及單一波長,差異角均非常小,在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳送的距離相當(dāng)長。而CO2 激光功率卻能輕易達到20 000W甚至更大。
屬于熔融焊接,以激光束為能源,沖擊在焊件接頭上。激光束可由平面光學(xué)元件(如鏡子)導(dǎo)引,隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。激光焊接屬非接觸式焊接,作業(yè)過程不需加壓,但需使用惰性氣體以防熔池氧化,填料金屬偶有使用。激光焊接設(shè)備和產(chǎn)品(17張)激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復(fù)合焊,實現(xiàn)大熔深焊接,同時熱輸入量比MIG焊大為減小??妆谕庖后w流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。