激光焊接技术的发展与展望

介绍激光焊接技术的发展历史,阐明激光焊接的发展与应用现状及未来的发展前景,论述激光焊接工艺的特点及需进一步研究与探讨的问题,将激光焊接(LBW)与电子束焊接(EBW)、惰性和活性气体保护电弧焊(GTAW和GMAW)及电阻焊(RW)工艺进行了全面的对比,指出激光焊接工艺的优势所在及其存在的问题。     

激光焊接技术进入塑料加工市场

尽管激光焊接技术有其独特的灵活性，焊接质量优于其他绝大多数焊接技术，但其进入塑料焊接加工市场的速度仍比较缓慢。     

激光焊接两种异常现象的分析

研究了在激光焊接中出现的两种异常现象,即焊缝的缩颈和表面凸起现象,结果表明：焊缝截面的缩颈是因激光束偏振、小孔壁聚焦、小孔内高压金属蒸气的动态行为引起的;表面凸起是因组织的变化,熔池熔体的流动,热膨胀及热应力引起的。     

高功率CO2激光焊接等离子体的控制

本文分析了高功率CO2激光焊接等离子体的形成机理,系统地总结了等离子体的控制方法,讨论了辅助气体对等离子体的作用。     

双光束激光焊接的试验研究

双光束激光焊接因其良好的过程稳定性和低的气孔率已经成为激光焊接的一个研究方向,本实验以45号钢为材料研究了成一定角度的CO2激光双光束的焊接特性.通过观察焊缝外貌形态和截面形状,研究焦斑间距和其他工艺参数对一定角度的双光束焊接的影响.     

耐热钢材料的激光焊接试验研究

使用CO2 激光器对 3 5CrMo耐热钢材料进行激光深熔穿透焊接研究 ,通过焊接、焊缝机械强度等试验获得了激光焊接的最佳工艺参数。分析并讨论了工艺参数及其它因素对激光焊接质量、性能的影响 ,针对实际问题提出了解决方案     

激光焊接机的焊接点显示方法

激光焊机使用的激光器如CO2激光器（输出激光波长λ=10．6μm），钕玻璃激光器（λ=1．06μm）．YAG激光器（λ=1．06μm）波长属于红外区，人的肉眼是无法看见的，也就不知道光束在空间的确切路径，这对于焊接是十分不方便的。因此我们采用了正面显示方法，使激光精确地对准需要焊接的部位，并使这个焊接点显示出来，以便于实施焊接。     

电流强化铝合金CO2激光焊接

介绍了一种利用电流的磁流体动力学效应强化铝合金CO2激光焊接的方法及初步试验结果。在激光焊接过程中，通过一个布置于熔池前方的附加电极向熔池提供电流，该电流在熔池中产生磁场和电磁力，致使熔池运动状态及相应的热交换条件发生改变，从而提高激光能量的有效利用率和加工效率、控制焊缝成型。利用该方法，焊缝深度最高增加约32％，面积增加约20％，而焊缝宽度减小约28％。     

船用钢板大功率CO2激光深熔焊等离子体研究

焊接过程中产生的等离子体是激光深熔焊的固有现象，它通过对激光能量的吸收、折射、反射等降低到达小孔的激光能量密度，影响激光与工件相互作用。使用微距高速摄影系统，研究了大功率CO2激光焊接不同功率和不同侧吹气体流量下等离子体的形态和尺寸的变化规律。在相同条件下，激光功率越大，等离子体的尺寸越大，而且越不稳定，容易出现激光维持的燃烧(LSC)波，严重影响焊接过程的稳定性。而通过增加侧吹气体的流量，可以有效抑制LSC波的产生，并且减小等离子体的尺寸，增加焊缝熔深。     

大功率全固化固体激光器的研制

本文报道了侧面泵浦输出功率高达60W的Nd：YAG激光器,并对激光器结构和输出特性进行了研究,该激光器转换效率高、使用寿命长、结构紧 凑和整机性能可靠。     

高功率CO_2激光焊接等离子体控制实验研究

采用精密的侧吹辅助气体调节和控制装置，实验研究了等离子体控制的各种工艺参数；采用光电晶体管检测熔池表面及小孔内等离子体光强变化；从理论上分析了等离子体控制的机理．结果表明：当辅助气体流量变化时，等离子体控制效果呈现三个区间．无论采用何种气体，只要辅助气体的操作压力稍大于金属蒸气压力，等离子体即被最佳控制     

辅助气体对CO_2激光焊接光致等离子体屏蔽的影响

采用２０ｋＷＣＯ２激光加工系统焊接低碳钢，研究了辅助气体对等离子体屏蔽临界功率密度的影响。研究结果表明，辅助气体不同时等离子体屏蔽临界功率密度由小到大的排列顺序为：Ａｒ→Ｎ２→ＣＯ２→Ｈｅ。Ａｒ作为辅助气体时，等离子体屏蔽的临界功率密度可以低至１．８５×１０６Ｗ／ｃｍ２。辅助气体对等离子体屏蔽临界功率密度的影响主要取决于气体的导热性和解离能，相比而言，气体电离能的影响是次要的。采用Ａｒ作为辅助气体时，等离子体屏蔽临界功率密度低的原因主要在于Ａｒ的导热性能差，激光支持的燃烧波（Ｌａｓｅｒ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＷａｖｅｓ—ＬＳＣ）波容易过热和扩展。     

铝合金高功率CO2激光粉末焊接

采用PFL-1A型激光加工送粉器和新型双层送粉喷嘴,在(Slab)CO2激光器上对一种较常用的高强度铝合金A2219进行焊接实验。研究了粉束落点相对激光光斑位置变化、送粉与焊接的相对方向对送粉时焊接过程和粉末利用率的影响。并研究了激光功率、离焦量和焊接速度的合理匹配。结合高速摄像仪和光束光斑诊断仪的观察数据对实验现象和结果进行了合理的分析,并给出优化的工艺参数区间。实验表明,只有当粉束作用在靠近熔池结晶前沿,偏离光斑后侧0.5~1 mm的区域,粉束才能有效地进入熔池;当送粉量一定时,需要相应的功率、功率密度和焊接速度匹配,粉束才能有效利用,得到理想的焊缝。通过优化工艺参数,成功获得了具有理想余高、成形良好、焊接过程稳定的焊缝。     

强化学激光器的研究与发展

化学激光器是以释能化学反应提供能源, 并且以化学反应产生粒子数反转为基础的。由于化学储能的巨大, 这类器件目前输出的连续波功率已达兆瓦级, 大大高于所有其他激光器;近年来, 由于流动介质均匀性的改善和采用选摸能呼高的光腔, 光束质量亦已达到近衍射极限。近年来的研究集中在发展短波长化学激光体系, 从较早的DF(～3.8 μm), HF(2.7 μm)到近期的O2-J体系(1.315 μm), 以及HF的泛频跃迁激光(～1.35 μm)。更进一步则希望发展可见光波段的化学激光器。这有可能通过电子激发志的受激辐射实现, 但是看来尚需较长时间的努力。     

高功率轴快流CO2激光器的数值模拟进展

综述了国内外高功率轴快流CO2激光器数值模拟的研究进展。分别从理论方程、计算方法、计算结果3方面对已有的数值模拟进行了比较和分析,重点探讨了理论模型的组成形式、物理意义和近似条件,分析了不同计算方法的优缺点,列举了不同计算结果得出的激光器性能和参量之间的关系。最新结果表明,轴快流量激光器的性能和输出与放电管的结构,电极结构,管内的温度场、速度场、压力场和湍流状态等参量分布都有关。依据轴快流CO2激光器和计算机技术的发展,提出了轴快流CO2激光器数的数值模拟未来需要改进的方向,进而对基于新的计算平台的数值模拟结果在激光器的优化和设计方面的应用前景进行了展望。     

焊接用大功率YAG激光耦合装置的研制

为增大激光器输出功率,实现中厚度板的激光焊接,研制了一套YAG激光耦合装置.利用非相干合成技术将三束激光合成为一束大功率激光,再通过耦合技术经由一根光纤输出.对耦合装置的焊接性能进行测试表明,与单束激光源相比,该装置可使焊接材料厚度大幅度增加,提高了加工效率.     

光纤激光及CO_2激光焊接高强钢

为了比较光纤激光及CO2激光焊接特性,采用2 kW光纤激光器及2.4 kW CO2激光器对590 MPa高强钢板进行焊接试验,通过改变离焦量及焊接速度等焊接参数,研究了两种焊接方法的熔深变化情况。结果表明,当焊接速度和输出功率相同时,光纤激光与CO2激光焊接相比可获得更大的熔深;在负离焦条件下,离焦量在焦深以内时可使熔深增大;功率一定时,熔深随着焊接速度的增加而减小,但是CO2激光焊接的熔深减小比率大于光纤激光焊接。     

18-8型奥氏体不锈钢低功率Nd:YAG激光焊接研究

文中采用YAG激光作为焊接热源,对1.0mm厚的奥氏体不锈钢薄板的双面激光焊接工艺进行了研究.主要研究了试样的焊前打磨抛光、保护气体的选择及激光工艺参数(包括激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率等)的匹配对焊缝形成及表观形貌的影响.试验结果表明,此不锈钢非常适合用激光焊接.施焊前对试样进行充分的打磨和抛光十分必要,必须保证对焊面能紧密接触,以防止焊接过程中产生过多的气孔,同时还对提高焊缝的机械性能有重要作用.焊接过程中合适的保护气体及其送气方式也是十分必要的.大量试验表明,激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数的合理组合是实现不锈钢薄板焊接的关键因素.最佳工艺参数组合为在激光功率密度恒为5.7×105 W/cm2的条件下,焊接速度不高于2mm/s,脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率为9Hz.