2022年完整word版,激光焊接实验报告汇总.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告激光焊接试验报告一、试验目的1、懂得激光焊接的基本原理及特点,熟识运用激光进行金属焊接的详细过程；2、 观看 CO 2 与 YAG 两种激光器的焊接过程,懂得其焊接方式的条件及形成机 理；3、把握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法,能够进行简洁的焊接操 作；4、把握金相测量方法,观看和记录焊接试验现象,测量熔深、熔宽,并对焊接 结果进行合理分析；5、明白激光焊接的应用；二、试验原理2.1 激光焊接原理激光焊接采纳连续或脉冲激光束实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接；功率密度小于 10 4 10 5 W/cm 2 为热传导焊,此时熔深浅、焊接 速度慢；功率密度大于 10 5 10 7W/cm 2 时,金属表面受热作用下凹成“ 孔穴” ,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点；图 图；1 是 CO2 激光器焊接结构图1 CO 2 激光器焊接结构图在焊接金属的过程中, 随着激光功率密度提高, 材料表面会发生一系列变化,其包括表面温度上升、熔化、气化、形成小孔并显现光致等离子体；不同功率密度激光焊接金属材料时的主要过程如图 2所示；当激光功率密度小于 10 4W/cm 2数量级时,金属吸取激光能量只引起材料表层温度的上升,并没有发生熔化； 当功率密度在大于 10 4W/cm 2小于 10 6W/cm 2数量级范畴内时, 金属料表层发生熔化； 功率密度达到 10 6W/cm 2数量级时,材料表面在激光束的作用下发愤怒化,在气化反冲压力的作用下, 液态熔池向下凹陷形成深熔小孔；同时,相伴有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象；当功率密度大于 10 7W/cm 2时,光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输,形成等离子体云团,显现等离子体对激光的屏蔽现象；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告图2 不同功率密度激光辐照金属材料的主要物理过程2.2 激光焊接模式依据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式,焊模式；2.2.1 、 激光热传导焊接即热导焊模式和深熔激光加热加工表面, 表面热量通过热传导向内部扩散,通过掌握激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池,如图 3（a）所示；当焊接熔池在金属蒸汽反冲压力作用下向下凹陷形成深熔小孔后,材料对激光的吸取将发生突变；材料的吸取率将不再仅与激光波长、金属特性和材料表面状态有关, 而主要取决小孔效应和等离子体与激光的相互作用等因素,此时焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接；2.2.2 、 激光深熔焊接激光深熔焊接一般采纳连续激光光束完成材料连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相像,即能量转换机制是通过“ 小孔” 结构来完成的；在足够高的功 率密度激光照耀下, 材料产生蒸发并形成小孔； 这个布满蒸汽的小孔如同一个黑体,几乎吸取全部的入射光束能量,孔腔内平稳温度达 2500° C 左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来, 使包围着这个孔腔四周的金属熔化；小孔内布满在光束照耀下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属, 液态金属四周包围着固体材料 （而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量第一沉积于工件表面, 然后靠传递输送到内部） ；孔壁外液体流淌和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平稳；光束不断进入小孔, 小孔外的材料在连续流淌,随着光束移动,小孔始终处于流淌的稳固状态；也就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属填充着小 孔移开后留下的间隙并随之冷凝,焊缝于是形成,如图 3（b）所示；上述过程的 全部这一切发生得如此快,使焊接速度很简洁达到每分钟数米；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告a 激光热导焊示意图 b 激光深熔焊示意图图3 激光焊接原理图2.3 激光束自聚焦过程激光束作用金属材料表面时, 在低功率密度情形下, 金属材料对激光的吸取仅发生在表面很薄区域内, 使表面温度上升； 当激光功率达到材料蒸发所需的临界功率密度时,金属表面开头发生蒸发；随着激光功率密度的上升, 蒸发产生的压力增大,熔池的下陷深度增加,同时,熔池表面的曲率半径将减小,如图 4所示；由于熔池表面下陷, 形成凹坑,导致激光束辐照在熔池上的入射角发生转变,凹陷的熔池使入射激光经反射后汇聚于熔池底部,更高的功率密度促使熔池底部金属蒸发加剧,产生的反冲压力上升,促使熔池进一步下陷； 当材料的蒸发压力达到某一临界值时, 蒸汽产生的反冲压力使下陷的熔池陡然形成小孔,焊接深度跳动式增长,材料对激光的吸取率将急剧增加,形成激光深熔焊接；图4 激光束自聚焦示意图2.4 激光焊接的工艺参数激光焊的主要工艺参数包括脉冲能量、脉冲宽度（脉宽）、脉冲外形、功率密度以及离焦量或焦点位置等；2.4.1 功率密度对于不同的激光焊接,存在一个激光能量密度阈值,低于此值,熔深很浅,一旦达到或超过此值, 熔深会大幅度提高； 只有当工件上的激光功率密度超过阈值,等离子体才会产生, 这标志着稳固深熔焊的进行； 假如激光功率低于此阈值,工件仅发生表面熔化, 也即焊接以稳固热传导型进行；而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件邻近时,深熔焊和传导焊交替进行,成为不稳固焊接过程,导致熔深波动很大；在传导型激光焊接中,功率密度在范畴在 10 410 6W/cm 2,在激光深熔焊接的功率密度在 10 810 10W/cm 2；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告2.4.2 激光脉冲波形当高强度激光束射至材料表面, 金属表面将会有 6098%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化,在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大；2.4.3 激光脉冲宽度脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区分于材料去除和材料熔化的重要参数,也是打算加工设备造价及体积的关键参数；2.4.4 离焦量激光焊接通常需要肯定的离焦量,由于激光焦点处光斑中心的功率密度过高,简洁蒸发成孔；离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对匀称；离焦方式有两种：正离焦与负离焦；在实际应用中,当要求熔深较大时,采纳负离焦；焊接薄材料时,宜用正离焦；如图 5所示；图 5 激光束的离焦量定义2.4.5 材料吸取值材料对激光的吸取取决于材料的一些重要性能,如吸取率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等, 其中最重要的是吸取率； 影响材料对激光光束的吸取率 的因素包括两个方面： 第一是材料的电阻系数, 经过对材料抛光表面的吸取率测 量发觉,材料吸取率与电阻系数的平方根成正比,而电阻系数又随温度而变化；其次,材料的表面状态（或者光滑度）对光束吸取率有较重要影响,从而对焊接 成效产生明显作用；2.4.5.1 波长对吸取率的影响 金属的吸取率 A与激光波长 和金属的直流电阻率 存在如下关系：A0.365；从图 6中得：固体金属表面对激光的反射性较强,这是由于金属对激光的吸取主要是通过大量自由电子的带间跃迁实现的,自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,次波又造成剧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；4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告图 6 室温下不同金属对不同波长激光的吸取率2.4.5.2 温度对吸取率的影响随着温度上升, 在激光作用下金属的吸取率与温度的关系可由下面的公式描述：AT = A0 +r T -T ,从理论上,材料对激光的吸取率随温度的上升而增大,金属材料在室温下的吸取率都比较小,当金属温度达到熔点产生熔融和气化后,吸取率上升到 4050%；当接近沸点时吸取率可高达 90%,激光功率越大、作用时间越长,金属的吸取率越高；2.4.5.3 表面粗糙度对吸取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取率；当粗化表面微观不平度达到波长量级左右时,材料对激光的吸取率变化较大；但随着温度的上升,这种现象将削减,甚至为零；2.4.6 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,对肯定激光功率和肯定厚度的某特定材料有一个 合适的焊接速度范畴,并在其中相应速度值时可获得最大熔深；2.4.7 爱护气体爱护气体的作用：、 激光焊接过程常使用惰性气体来爱护熔池,当某些材料焊接可不计较表面氧化时就也可不考虑爱护,但对大多数应用场合就常使用氦、氩、氮等气体作保 护,使工件在焊接过程中免受氧化；、 爱护聚焦透镜免受金属蒸汽污染和液体熔滴的溅射；特殊在高功率激光焊接时,由于其喷出物变得特别有力,此时爱护透镜就更为必要；、 驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽；金属蒸汽吸取激光束电离成等离5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告子云,金属蒸汽四周的爱护气体也会因受热而电离；假如等离子体存在过多,激 光束在某种程度上被等离子体消耗；等离子体作为其次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,只有电离能高的爱护气体,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纳的爱护气体不同而变化,氦气最小,氮气 次之,使用氩气时最大；等离子体尺寸越大,熔深就越浅；造成这种差别的缘由第一由于气体分子的电离程度不同,扩散差别；三、试验设备和试验材料3.1 试验设备及其参数3.1.1 CO 2 激光器焊接系统另外也由于爱护气体不同密度引起金属蒸汽Rofin Slab DC035 CO 2激光器；配备六轴联动激光三维加工系统ARNOLD,参数如下：波长 焦距 f 脉冲最大光束焦斑加工范畴频率功率模式直径10.6 m300mm 05 3500W TEM000.286 3000mm× 2000mm× 1000mm× ±120o×n360o×n360okHz mm 3.1.2 Nd ：YAG 激光器焊接系统Rofin CW025 YAG激光器；配备五轴联动机械手,参数如下：焦斑直径波长 焦距 f 脉冲频率最大功率光纤长度10.6 m0.29mm 120mm 0 1kHz 2500W 10m 3.2 试验材料CO 2 激光器焊接： 45#低碳钢（ 6mm 厚）, 6061 铝合金；Nd:YAG 激光器焊接： 316L不锈钢, 6061 铝合金；金相： 5%硝酸、 10% NaOH 溶液；四、试验方法4.1 焊接试验6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告焊接方式实行平板焊接方式, 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；试验过程中认真观看试验现象,如激光焊接时的颜色、声音和产生的火花现象； 试验过程中严格记录试验数据、试验现象,由于两种激光对人眼均有损害,试验过程中必需严格遵守相应安全守就；4.2 试验过程及试验结果4.2.1 CO 2激光器焊接试验用3500W 的CO2 激光器对 45#低碳钢, 6061 铝合金进行焊接,焊接过程都采 用He气爱护, 气体流量 15L/min ,用焦距 300mm 透镜聚焦将光斑汇聚到 280um,正 离焦焊接,焊接速度为 2m/min；A、 45# 低碳钢钢焊接 将功率从 500W 开头逐步增加至 3500W,共选取 11个功率点进行焊接； 将试验 现象及数据记入表 2,激光功率 / 功率密度与熔深、熔宽的关系见图 7、8；B、 铝合金 6061 焊接功率从 1200W 开头逐步增加至 3500W,共选取 13 个功率点进行焊接；将试验现象及数据记入表 关系见图 9、10；3,激光功率 / 功率密度与熔深、 熔宽的4.2.2 YAG 激光器 316L不锈钢焊接试验 用2500W的YAG激光器对 45#低碳钢进行焊接,依据试样规格对机械手进行调试,设定焊接试验程序；爱护气体采纳4bar的Ar气,焊接速度为 2m/min；采纳F=120mm透镜,光斑为 0.6mm.焊接过程中先通爱护气体再开光,由于 YAG 激光对人眼有很大损害,焊接过程中必需佩戴防护眼镜；A、316L不锈钢焊接焊接功率从 600W逐步变化到 1600W,共11个功率点；将试验现象及数据记入表4,激光功率 / 功率密度与熔深、熔宽的关系见图 11、12；B、铝合金 6061焊接焊接功率从 600W逐步变化到 1200W；将试验现象记入表 5；4.3 金相分析试验选取适当位置切割试样, 并进行研磨、腐蚀, 之后在光学显微镜下观看焊缝熔宽、熔深及焊缝中的缺陷,挑选合适的测量标准记录数据；试验过程：选取适当位置在切割机上进行切割, 在本次试验中对每一块试样进行两次切割,并选取 34 个截面进行细致研磨,将磨好后的试样进行腐蚀,其中 45#低碳钢挑选 5%硝酸、酒精混合溶液,铝合金采纳NaOH 溶液,腐蚀时间大致 15min；试样处理好后, 在光学显微镜下对焊缝的熔宽、熔深及焊缝中的宏观缺陷进行测量,将各组试验数据记录并整理记入表 2、3、4；五、试验结果及分析n由测量中采纳 35 格为1mm,依据试验数据,利用公式Xknn135n 运算不同功7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告率情形下熔深、熔宽的平均值,其中X 为平均熔深或熔宽,nk为第n 个测量点下的格子数,为 n测量点的数目；功率转化为功率密度的公式为：sp2,其中S 为功率密度, P 为激光功r率, r 为光斑半径；利用 excel 绘出各焊接条件下熔深、熔宽与激光功率（功率 密度）之间的关系曲线（以激光器的功率（功率密度）为横坐标,试样的熔深和熔宽的长度为纵坐标）,通过观看曲线中熔深和熔宽的变化,确定阈值范畴,进而进行试验分析；5.1 CO 2 激光器焊接试验5.1.1 45# 低碳钢钢焊接试验现象,结果及分析：表2 CO2 焊接 45#低碳钢熔深、熔宽与功率（功率密度）的试验数据及试验现象编激光功率密度试验现象熔深（ mm）熔宽（ mm）功率号W/cm 2 （W）1 500 812427 柔弱黄光 , 无飞0.31 0.49 溅2 600 974912 黄光 , 无飞溅0.74 0.49 3 700 1137398 先黄光,后蓝白0.91 0.69 光, 开头有飞溅4 800 1245282 蓝白光 , 飞溅1.2 0.69 开头增多5 900 1462368 蓝白光 , 飞溅1.46 0.77 增多6 1000 1624854 先蓝白光,后白1.74 0.77 光 , 飞溅增多7 1500 2437281 先蓝白光,后白2.6 1 光 , 飞溅增多8 2000 3249708 白光 , 飞溅开3.54 1 始削减9 2500 4062134 白光 , 飞溅减3.89 1.17 少10 3000 4874561 剧烈白光 , 飞4.57 1.23 溅消逝11 3500 5686988 剧烈白光 , 产5 1.34 愤怒团8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告CO2激光器焊接 45#不锈钢）m m（宽 /熔 深 熔6熔深（ mm）5432熔宽（ mm）10020004000功率（ W）图7 熔深、熔宽与功率的关系曲线CO 2激光器焊接 45# 不锈钢6）m m（宽 /熔 深 熔5熔深（ mm）432熔宽（ mm）100200000040000006000000功率密度（ W/cm2 ）图8 熔深、熔宽与激光功率的关系曲线从表 2 中及图 7、8 中可以看出在爱护气体为 He,焊接速度保持在 2m/min 的情形下, 随着激光功率密度的提高, 45#钢的材料表面会发生一系列变化,包 括表面温度上升、熔化、气化、形成小孔并显现光致等离子体,同时声音也逐渐增大,飞溅增强,光亮加深,光亮耀眼更强且耀眼体积部分变大；当激光功 率密度小于 600W功率密度为 9.7 × 10 5W/cm 2 ,曲线变化比较平缓, 金属吸取激 光能量只引起材料表层温度的上升及表层发生熔化；功率密度到达 700W功率 密度为 1.137 × 10 6W/cm 2 时,曲线变化加快,材料表面在激光束的辐照下发生 气化,在气化反冲压力的作用下,液态熔池向下凹陷形成深熔小孔,熔深、熔 宽较之 600W 的焊接点有显著提高,即发生了跳变,在此之后,随着激光功率 的增加,熔深与熔宽之比也有较大幅度的提高；依据激光焊接模式原理,我们 得知在功率密度为 1.137× 106 W/cm2之前,属于热传导过程,即焊接类型为热 导焊,而在该临界点（阈值）后,熔池深宽比增大,这时焊接类型为深熔焊；5.1.2 铝合金 6061 焊接试验现象及结果9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告表3 CO 2焊接 6061铝合金熔深、熔宽与功率（功率密度）的试验数据及试验现象功率密度编号功率（ w）（w/cm 2）试验现象熔深 /mm 熔宽 /mm 黄光,光点很1 1000 1624854 小,无飞溅0 0 黄光,光点很2 1200 1949825 小,无飞溅0 0.14 黄光,光点较3 1400 2274795 大,无飞溅0 0.17 先黄光, 后绿4 1600 2599766 光,无飞溅0 0.2 黄光、绿光间5 1800 2924737 杂显现, 无飞0 0.29 溅黄光、绿光间6 2000 3249708 杂显现, 开头0 0.29 有飞溅显现绿光, 飞7 2200 3574678 溅较多0 0.29 显现绿光, 后8 2400 3899649 消逝,飞溅逐2.11 2.2 渐增多显现绿光, 后9 2600 4224620 消逝,飞溅逐2.14 2.23 渐增多瞬时绿光, 后10 2800 4549591 为黄光, 飞溅2.29 2.63 增多绿光,后黄光11 3000 4874561 变强,飞溅增2.4 2.71 多绿光,后黄光12 3300 5362022 变强,飞溅增2.71 2.71 多黄色亮光更13 3500 5686988 强有火花, 飞3.03 2.94 溅增多10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告CO2激光器焊接 6061铝合金3.5）m m301000200030004000熔深/mm2.52（宽 /熔1.51熔宽/mm深 熔0.50-0.5功率（ W）图9 熔深,熔宽与功率的关系曲线CO2激光器焊接 6061铝合金3.5）mm（30200000040000006000000系列12.521.5宽 /熔 深系列210.5熔0-0.5功率密度（ W/cm2 ）图10 熔深,熔宽与功率密度的关系曲线在对铝合金 6061 的焊接中,由表3,图9、10 知,激光功率在 1000W2200W 的七个焊接点时,熔深熔宽较小,表面仅有微小变化,在激光功率为 22002400W、功率密度为 3.575 × 10 6W/cm 23.900× 10 6 W/cm 2时,熔深、熔宽有了大幅度提升 （突变）,可见阈值范畴在 3.900 × 10 6 W/cm 2 邻近,即阈值之前为热导焊、阈值之后为深熔焊；在激光功率为 2200W3500W、功率密度为 3.575 × 10 6 W/cm 25.687× 10 6 W/cm 2时,熔深熔宽的深度及宽度增长,即在肯定条件范畴内,随着功率的增加,焊接深度增加；5.2 YAG 激光器 316L 不锈钢焊接试验5.2.1 45# 低碳钢钢焊接表4 固体 Nd：YAG 激光器焊接 316L 不锈钢熔深,熔宽与功率11 功率密度 的试验数据名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告功 率 密 度编号功率 WW/cm2试验现象熔深 mm熔宽 mm1 400141471.0605黄色亮点0.20.857143500176838.8257亮点慢慢变0.20.7142862 亮3 600212206.5908亮点变亮0.2571430.8285714 700247574.3559亮点变亮0.2857140.8800282942.1211亮点变亮0.4142860.85 900318309.8862亮点变亮0.4857140.8428576 1000353677.6513亮点变亮0.5571430.8857147 1100389045.4164亮点变亮0.60.8857148 9 1200424413.1816亮点变亮0.6857140.910 1300459780.9467亮点变亮0.8285710.91400495148.7118亮点变亮1.8571431.35714311 1500530516.477亮点变亮1.9714291.42857112 2熔深1.8mm熔宽 mm1.61.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 04006008001000120014001600图11 熔深,熔宽与功率的关系曲线12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告21.8 1.6熔深 mm 熔宽 mm1.41.210.80.60.40.2010 1215 1720 2225 2730 3235 3740 4245 4750 5255 57.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5 万图12 熔深,熔宽与功率密度的关系曲线在试验过程中可以观看到： 随着激光功率的增加, 光线逐步变亮, 相伴烟尘,蓝光的产生,并且声音逐步增大；但焊接的整个过程中均无飞溅的产生；从表4,图11中我们可以看出,功率在增加过程中,焊接的熔深、熔宽均随之增加；如图11、12 所示,当激光加工功率在 1300W1400W（功率密度为 0.460 × 10 6W/cm 20.495× 10 6W/cm 2）之间时,焊缝的深度,宽度以及深宽比有大幅度提高,而在此之前的都比较小, 因此我们推算功率的阈值约 1300W1400W 中间值 1350W 左右,功率密度阈值约为 0.478 × 10 6W/cm 2 左右；即在临界点之前可认为焊接类型为热导焊,之后为深熔焊；5.2.2 铝合金6061 焊接固体 Nd：YAG 激光器焊接 6061 铝合金无试验数据,试验过程现象 如表 5 所示编号 激光功率（ W）试验现象1 600 焊缝、火苗小,亮点小,无飞溅,无声音2 800 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,无飞溅,无声音3 1000 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,无飞溅,无声音4 1200 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,无飞溅,无声音5 1400 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,无飞溅,无声音6 1600 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,无飞溅,无声音7 1800 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,细小飞溅,无声音8 2000 焊缝增宽、火苗增大,亮点增大,细小飞溅,无声音因没有切割和分析试样, 焊接的深度,宽度随功率变化的数据没有,也就没有他们之间的曲线关系； 但理论上,整个过程均没有显现深熔焊, 即均为热导焊,且随着激光功率的增加,熔深和熔宽应当会有小幅度的提升或变化；13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告六、试验结论通过对四次试验数据的分析和对比,我们得到以下结论：1、在任何一种焊接方式下,随着激光功率 功率密度 的增加（其他各条件保持不变）,焊缝的熔深与熔宽都随之增大,即焊缝的尺寸与功率成正相关；其 中在达到某一特定功率密度时,焊缝的尺寸会大幅度增加,深宽比也显著增大,我们认为此时的功率密度即为热导焊向深熔焊转变的阈值；2、由于材料本身的性质,如粗糙度、对波长吸取率等特性,不同类型的金 属焊接的结果也有所不同；如在本次试验中,铝合金对激光的吸取率较之 45#低 碳钢较低, 一方面由于铝合金对激光的反射较强导致吸取率下降,另一方面就由 于铝合金比 45#低碳钢更简洁产生等离子体屏蔽的现象；3、因受到光束质量的影响,CO2激光器的聚焦光斑尺寸比YAG激光器要小,因此相同功率时前者的功率密度较大,所以CO2激光器焊接质量要优于 YAG；光束质量测量方法 一、试验目的 1、 明白测量光束质量的方法2、 把握基于空心探针测量原理的PROMETEC 公司的 LASERSCOPE UFF100 大功率光束光斑质量检测仪的使用方法；二、试验原理采纳基于空心探针测量原理的PROMETEC 公司的 LASERSCOPE UFF100 大功率光束光斑质量检测仪测量大功率 CO 2 激光器的光束质量；如图13所示是空心探针探测法测量原理, 这一方法过去是作为大功率激光光束光斑质量检测而提出的； 由一个定速电机带动空心探针转动,探针一端有一个微孔,探针转动时微孔对光束 光斑 的某一横截面进行扫描, 这样就可以获得激光功率 横截面分布 随时间变化的信息；探针是该仪器的关键部件,包括微孔、内光腔、 反射镜等部分, 微孔的大小由被测激光光束 光斑 的功率密度确定, 直径约为 2050 m；在挑选探针材料时要考虑到抗高功率的激光损耗,另外,为了 实时在线测量,探针的直径应尽量小,使测量时的光能量损耗小于 1%；入射光束 通过微孔, 通过探针的两个倾斜的反射镜反射到热释电探测器上,获得激光的强 度；图 13 大功率激光器光束质量测量原理三、仪器介绍14 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告测量仪包括传感器、机械装置、信号的提取与放大、掌握电路、数据处理及显示等部分组成,其信号采集与处理系统原理图如图 14所示；图 14 信号采集与处理系统机械装置包括快速平动和高速转动两部分；快速平动装置是为了实现自动测量而设计的,其目的是使探针微孔在测量过程中能自动对准光束 光斑 的中心截 面,平动装置由步进电机驱动精密丝杆,以保证位移精度；采纳高速转动电机 1500r/min 以上 是为了提高探针的抗激光损耗阈值, 并且测量到激光功率频率 上限值由其最高转速确定； 测量仪的工作是在高速单片机芯片 80C320的掌握下完 成的；热释电探测器的输出反映了入射激光功率的大小,将该信号转换成电压信号后,经放大、滤波处理,送 A/D 转换器,转换成数字量后临时储存在缓存中,测量终止后再通过 RS232串行口传输到运算机,进行进一步的处理及显示；仪器在测量过程中要求热释电探测器有很快的响应速度,在设计出的信号提取电路满意要求的同时, 其前置运放的失调和噪声亦随之增大,因此设计了一个实时补偿电路；四、测量优点1、直接对大功率激光器进行测量,提高了测量的精确性；2、通过更换探测器可分别对大功率的 3、可实现在线测量或在位测量；CO2,或大功率的 YAG 激光进行测量；4、通过转变高速转动电机的速度,可以转变采样频率；该测量仪器经过一段时间的试用,其工作稳固、测试结果精确牢靠,可望填补在各种大功率激光器的应用场合不能测量激光功率的空白；CO 2 切割试验设计与结果 采纳AutoCAD 设计图 15 所示的图形如下列图：15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 激光先进制造试验试验报告图15 CO 2 切割图样致谢感谢试验过程中张冬云,陈虹,杨胶溪,鲍勇等老师的耐心指导,感谢龙明亮、朱航鸥、韩欣欣、梁晓莉、孙如愚等同学一起协同合作, 共同完成试验内容；16 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 16 页