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, 焊接速度就成為影響焊縫強度的主要因素。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)因過熱使晶粒粗大變脆,工件變形也大,還會使材料熔化過快,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快以致不能流動和融合,否則,熔化金屬會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, 激光穿透等離子體到達(dá)小孔底部的激光功率密度過小,不足以氣化材料,蒸氣壓不足以維持小孔,小孔崩塌,焊接過程變?yōu)闊醾鲗?dǎo)型,過量的熱傳導(dǎo)引起焊縫向側(cè)向擴展,過多的功率吸收還會引起材料局部蒸發(fā)損失。
對于給定的激光功率,存在一個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,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,進而影響焊縫強度。當(dāng)焊速-定時, 焊縫強度有一臨界區(qū)。當(dāng)激光功率低于下限值時,焊縫強度隨功率的增加而增加,這是因為隨功率的增加,焊接深度增加從而使焊接強度增加。當(dāng)激光功率大于臨界區(qū)的上限時,強度反而隨微光功率的增加而降低。這可能解釋為,過高的功率燒損了焊縫區(qū)的合金元素,空洞增多,使焊縫強度和力學(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,由于刀頭比基體厚,屬于兩種不同厚度材料的焊接,此時,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。又因為刀頭是粉末冶金材料,焊接時會產(chǎn)生飛濺,污染光學(xué)透鏡,焊接時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,也影響焊縫強度。有人研究了光束偏移量對激光焊接效果的影響。試驗中采用激光功率680W,焊接速度為1m/min,焦點置于工件表面,保護氣流量為2.5m3/h。
⑤保護氣體流量及等離子體的控制。在激光焊接中,保護氣體的流量也起重要作用。保護氣體不僅可保護焊接區(qū)不被氧化,而且還用來保護聚焦透鏡,避免其受到金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。氣流量太小,起不到保護作用,焊縫被氧化,呈脆性;氣流量太大,易吹翻熔池,使焊接過程不穩(wěn)定,易產(chǎn)生凹凸不平的焊縫,并常形成孔洞,使焊縫強度降低。保護氣體流量與吹氣噴嘴直徑、噴嘴和工件的距離有關(guān)。激光焊接時還可抑制激光焊接過程產(chǎn)生的等離子體,因而對焊接熔深有很大的影響。保護氣體流量通常在2 ~3m3/h。
高功率激光深熔焊接時,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)重時還會導(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,相對熔煉材料而言,又會產(chǎn)生致密的金屬蒸氣,故在激光功率密度較低時,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,也會產(chǎn)生較強的等離子體。因而在激光焊接金剛石鋸片過程中,也要考慮抑制光致等離子體。通常采用側(cè)吹A(chǔ)r氣來抑制等離子體。