激光焊接熔池模拟资料(焊接熔池的观察)

激光焊接原理

激光焊接原理是激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。

这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C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。小孔内充满在光束照射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，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部。孔壁外液体流动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衡。

扩展资料

工艺参数：

(1)功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。

因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。

(2)激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%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。

(3)激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

激光焊接机的激光焊接机参数

激光焊接机参数调整方法如下：

激光脉冲宽度：

激光脉冲宽度是激光焊接机在焊接过程的一个重要参数，激光脉宽，决定着焊接物的焊接宽度和深度，激光脉宽的设置影响着焊接的效果;脉宽越长热影响区越大，熔深是随脉宽的1/2次方增加。其实对于每种材料，都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。

激光功率密度：

激光功率密度是激光加工中最关键的参数之一。激光焊接中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;因此功率密度越高，工件表层加热至沸点越快,采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。

激光脉冲波形：

激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有40~70%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，是以，不合的金属对于激光的反射率和激光的应用率都不一样，要进行有效的焊接就必须输入不合波形的激光，如许焊缝处的金属组织才能在最佳的方法结晶，形成与基体金属一致的组织，才能形成高质量的焊缝。在实际焊接中可针对不同材料的焊接特性，灵活调整脉冲波形。如对于易脆材料可以采用能量缓慢降低的脉冲波形,减慢冷淬速度。

　激光焊接机的参数设置调整主要是对激光脉冲宽度，激光功率密度，激光脉冲波形的设置调整，对应不同的焊接材料，激光焊接机的参数都是有不同的调试数据。激光焊接机的参数设置调整主要是你这三大要点，用户可根据焊接材料自行调整激光焊接机参数。

激光焊接过程熔池内部有热辐射吗？如果有是不是应该以能量源项的形式编进去呢？

激光熔池内部肯定有热辐射的。你试想下，只要温度有差异，温度高的地方肯定以较强的红外辐射的形式存在。

另外，熔池内强烈的对流及形成的高压对于激光入射率也是有很大影响的，激光反射率是一个动态值。

希望能帮到您！

激光焊接技术的工艺参数

连续CO2激光焊的工艺参数 　厚度/mm 焊速/(cm/s) 缝宽/mm 深宽比 功率/kw 对接焊缝 321不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 0.13 3.81 0.45 全焊透 5 0.25 1.48 0.71 全焊透 5 0.42 0.47 0.76 部分焊透 55 17-7不锈钢（0Cr7Ni7A1） 0.13 4.65 0.45 全焊透 5 302不锈钢（1Cr18Ni9） 0.13 2.12 0.50 全焊透 5 0.20 1.27 0.50 全焊透 5 0.25 0.42 1.00 全焊透 5 6.35 2.14 0.80 7 3.5 8.9 1.27 1.00 3 8 12.7 0.42 1.00 5 20 20.3 21.1 1.00 5 20 6.35 8.47 —— 3.5 16 因康镍合金600 0.10 6.35 0.25 全焊透 5 0.25 1.69 0.45 全焊透 5 镍合金200 0.13 1.48 0.45 全焊透 5 蒙乃尔合金400 0.25 0.60 0.60 全焊透 5 工业纯钛 0.13 5.92 0.38 全焊透 5 0.25 2.12 0.55 全焊透 5 低碳钢 1.19 0.32 —— 0.63 0.65 搭接焊缝 镀锡钢 0.30 0.85 0.76 全焊透 5 302不锈钢（1Cr18Ni9） 0.40 7.45 0.76 部分焊透 5 0.76 1.27 0.60 部分焊透 5 0.25 0.60 0.60 全焊透 5 角缝焊 321不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 0.25 0.85 —— —— 5 端接焊缝 321不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 0.13 3.60 —— —— 5 0.25 1.06 —— —— 5 0.42 1.90 —— —— 5 17-7不锈钢（0Cr17Ni7A1） 0.13 3.60 —— —— 5 因康镍合金600 0.10 1.06 —— —— 5 0.25 0.60 —— —— 5 0.42 0.76 —— —— 5 镍合金200 0.18 1.06 —— —— 5 蒙乃尔合金400 0.25 激光深熔焊接的主要工艺参数 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。氦气不易电离（电离能量较高），可让激光顺利通过，光束能量不受阻碍地直达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体，但价格比较贵。氩气比较便宜，密度较大，所以保护效果较好。但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也损害焊接速度与熔深。使用氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护时来得光滑。氮气作为保护气体最便宜，但对某些类型不锈钢焊接时并不适用，主要是由于冶金学方面问题，如吸收，有时会在搭接区产生气孔。使用保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气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。保护气体的第三个作用是对驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽很有效。金属蒸气吸收激光束电离成等离子云，金属蒸气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。表 　常用气体和金属的原子(分子)量和电离能

材料 氦 氩 氮 铝 镁 铁原子(分子)量 4 40 28 27 24 56电离能(eV) 24.46 15.68 14.5 5.96 7.61 7.83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气扩散差别。氦气电离最小，密度最小，它能很快地驱除从金属熔池产生的上升的金属蒸气。所以用氦作保护气体，可最大程度地抑制等离子体，从而增加熔深，提高焊接速度；由于质轻而能逸出，不易造成气孔。当然，从我们实际焊接的效果看，用氩气保护的效果还不错。等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。保护气体是通过喷嘴口以一定的压力射出到达工件表面的，喷嘴的流体力学形状和出口的直径大小十分重要。它必须以足够大以驱使喷出的保护气体覆盖焊接表面，但为了有效保护透镜，阻止金属蒸气污染或金属飞溅损伤透镜，喷口大小也要加以限制。流量也要加以控制，否则保护气的层流变成紊流，大气卷入熔池，最终形成气孔。为了提高保护效果，还可用附加的侧向吹气的方式，即通过一较小直径的喷管将保护气体以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔。保护气体不仅抑制了工件表面的等离子体云，而且对孔内的等离子体及小孔的形成施加影响，熔深进一步增大，获得深宽比较为理想的焊缝。但是，此种方法要求精确控制气流量大小、方向，否则容易产生紊流而破坏熔池，导致焊接过程难以稳定。 焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制

激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率用电子学方法在一个短时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。

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