文档介绍：激光焊接实验报告
《激光先进制造实验》实验报告
1
激光焊接实验报告
实验目的
1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。
2、 观察CO2 与YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条产生明显作用。
波长对吸收率的影响
金属的吸收率A与激光波长λ和金属的直流电阻率ρ存在如下关系：。从图6中得：固体金属表面对激光的反射性较强，这是因为金属对激光的吸收主要是通过大量自由电子的带间跃迁实现的，自
《激光先进制造实验》实验报告
3
由电子受光波中强烈的电磁波的影响强迫振动而产生次波，次波又造成强烈的反射波和比较弱的透射波。因此，金属的电导率越高，其反射率也越高。
图6 室温下不同金属对不同波长激光的吸收率
温度对吸收率的影响
随着温度升高，在激光作用下金属的吸收率与温度的关系可由下面的公式描述：，从理论上，材料对激光的吸收率随温度的升高而增大，金属材料在室温下的吸收率都比较小，当金属温度达到熔点产生熔融和气化后，吸收率上升到40~50%；当接近沸点时吸收率可高达90%，激光功率越大、作用时间越长，金属的吸收率越高。
表面粗糙度对吸收率的影响
材料的表面状况如：粗糙度、氧化层和缺陷等对激光的反射率影响很大。因此增大材料表面粗糙度可以提高材料对激光的吸收率。当粗化表面微观不平度达到波长量级左右时，材料对激光的吸收率变化较大。但随着温度的升高，这种现象将减少，甚至为零。
焊接速度
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。
保护气体
保护气体的作用：
ⅰ、 激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化。
《激光先进制造实验》实验报告
4
ⅱ、 保护聚焦透镜免受金属蒸汽污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。
ⅲ、 驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。金属蒸汽吸收激光束电离成等离子云，金属蒸汽周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高；另一方面，只有电离能高的保护气体，才不致因气体本身的电离而增加电子密度。
从表可知，等离子体云尺寸与采用的保护气体不同而变化，氦气最小，氮气次之，使用氩气时最大。等离子体尺寸越大，熔深则越浅。造成这种差别的原因首先由于气体分子的电离程度不同，另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸汽扩散差别。
实验设备和实验材料
实验设备及其参数
CO2 激光器焊接系统
RofinÒ Slab DC035——CO2激光器。配备六轴联动激光三维加工系统(ARNOLD)，参数如下：
波长λ
焦距f
脉冲频率
最大
功率
光束
模式
焦斑
直径
加工范围
300mm
0～5
kHz
3500W
TEM00
mm
3000mm×2000mm×1000mm×±120o×n360o×n360o
Nd：YAG 激光器焊接系统
RofinÒ CW025 ——YAG激光器。配备五轴联动机械手，参数如下：
波长λ
焦距f
脉冲频率
最大功率
光纤长度
焦斑直径
120mm
0～1kHz
2500W
10m
实验材料
CO2 激光器焊接：45#低碳钢（6mm 厚），6061 铝合金。
《激光先进制造实验》实验报告
4
Nd:YAG 激光器焊接：316L不锈钢，6061 铝合金。
金相：5%硝酸、10% NaOH 溶液。
实验方法
焊接实验
焊接方式采取平板焊接方式，焊接过程中依次增大激光器功率，对比不同的金属材料（低碳钢，铝合金）在不同功率下对焊接过程实现想象及结果。实验过程中仔细观察实验现象，如激光焊接时的颜色、声音和产生的火花现象。实验过程中严格记录实验数据、实验现象，由于两种激光对人眼均有伤害，实验过程中必须严格遵守相应安全守则。
实验过程及实验结果
CO2激光器焊接实验
用3500W 的CO