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怎樣調節激光焊接機的光束?

日期:2017-04-24 來源:鼎城鋅鋼

激光焊接時熔池的熔探和形狀除了與材料本身的熱物理性質有關外,主要受激光光斑性質、功率密度、焊接速度,以及保護氣體等因素影響。

激光焊接機激光束的調整

1.聚焦尺寸

聚焦鏡是較接近工件表面的光學元件。圖表示簡單光學透鏡(聚焦鏡)對激光的聚焦光路圖。

圖中參數有以下數值關系(經驗公式):

do=fθ (4-6)

θ=1.44λ/D (4-7)

bo=16(f/D)2λ (4-8)

實際上,經透鏡聚焦的光束,在焦平面附近有一個直徑和長度均很小的束腰,該束腰直徑即為光斑直徑,焦點位于最小束腰位置,強度最大。束腰長度即是焦深bo,焦點兩側焦深范圍內的激光強度略有降低(約是焦點強度的5%)。光斑直徑較難精確計算或測量出,但可以通過聚焦鏡的焦距f和發散角療的乘積來估算,它的具體數值是根據加工要求來確定的。由選定的光斑直徑do可以把透鏡的焦距f確定下來。但是,由于材料熔化估算的功率密度數值通常是某一范圍,所以光斑直徑也不可能一次就確定下來。除光斑直徑外,焦深q。的大小也能估算,它與光斑直徑相互關聯,需統一考慮。

由公式可知,焦距小,則光斑直徑小。短焦距使加工頭與焊件表面之間的可用距離變小,除裝卡工件不方便外,還容易由熔融金屬的飛濺或產生的金屬蒸氣而損傷透鏡表面,造成光學元件過早損壞,把焦距f與數值孔徑(約等于光斑直徑)之比稱為焦數。根據使用經驗,10kW CO2激光透鏡焦數的合適范圍是6-9。當有高焊接速度要求時,焦數要小一些,大約為3。但小焦數時.透鏡球差嚴重,影響聚焦效果。Nd: YAG激光的焦牧定為4比較合適。因此,可以通過焦數來確定光斑直徑。

激光焊接機聚焦的激光束在焦點附近有一個束腰,束腰的最小截面處是透鏡的焦平面.也就是最小光斑的所處位置。焦深隨焦數增加面增加。在焦深范圍內,功率密度變化較小。大焦深時,工件沿激光入射方向在焦平面附近的較大深度范圍能接收到較高的激光能量,為激光深熔化焊創造條件。在實際操作中,涉及到調整工件與透鏡的相對位置,大的焦深意味著工件在激光入射方向有較大的可調范圍。工件的初始高度位置,一般依據焦深的大小來確定。丁作時,透射的熱畸變會引起光斑尺寸和焦深發生變化,所以在工作過程中要經常檢查這些激光參數,以便能及時詞整工什位置,使光斑處在正確的工作位置上。

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