激光焊接強(qiáng)度不穩(wěn)定,，伴隨裂紋和兩部件從中間脫落--[請(qǐng)教]

iverson

我公司現(xiàn)采用激光焊接兩個(gè)一樣薄壁圓筒焊成一長(zhǎng)圓筒,，中間采用激光點(diǎn)焊在連接處外筒上，材料為純鐵中或低磷鍍鎳，但是在批量較大倆外筒連接處容易出現(xiàn)裂紋和以及到客戶端有從焊接處脫落的現(xiàn)象，現(xiàn)在懷疑因素及疑問有以下：

1,、激光焊接機(jī)能量不太穩(wěn)定--這與激光焊接機(jī)本身哪些參數(shù)有關(guān)？還有激光焊接打點(diǎn)時(shí)能量可否測(cè)量,，是不是有不穩(wěn)定的隱患,；

2,、表面電鍍層的化學(xué)成分（比如說中磷或低磷制程的電鍍,、還有其他化學(xué)元素）對(duì)激光焊接的裂紋及強(qiáng)度有無影響？電鍍層及金屬材料的成分怎么才能化驗(yàn)出來,？

3,、焦距、電流及脈寬的經(jīng)常變化對(duì)能量及焊接品質(zhì)的影響,？就是說有沒有必要在量產(chǎn)時(shí)對(duì)這些參數(shù)經(jīng)常變化,？

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以上三點(diǎn)僅為個(gè)人推測(cè)，還有其他因素請(qǐng)大蝦們指出,，還有以上疑問請(qǐng)各位高手不吝賜教,！謝謝

 

$ L- d# \: @& E% B# e

 

海山

知道一丁點(diǎn)：

1. 買激光機(jī)的時(shí)候沒有送能量表嗎,？

2. 表面光潔度會(huì)影響（反射不同）

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3. 調(diào)定后不用經(jīng)常變吧（啥牌子的,？），具體關(guān)系需要現(xiàn)場(chǎng)比較摸索,。

了解原理及方法,，多到現(xiàn)場(chǎng)去掌握數(shù)據(jù)

iverson

謝謝海山大俠,，
6 z4 }* ?: V& d0 a3 [7 }用的武漢楚天的焊接機(jī),，買的時(shí)候不送的，不知道怎么回事,，那個(gè)廠商早些日子拿了一個(gè)過來,，據(jù)說國(guó)產(chǎn)的不太準(zhǔn)確，沒具體用過

5 u( f; e! V6 w  X: W4 k) |

海山

國(guó)產(chǎn)的只用過打標(biāo)機(jī),。

% }6 O0 q& a0 J9 w- D; Y) y" C! h; N國(guó)產(chǎn)的精度和壽命不知如何？采用風(fēng)冷還是水冷？

你多收集整理點(diǎn)相關(guān)資料,，有空發(fā)上來共享啊,。

; r: ?- K, Z/ l& L
# ]# B7 n% S5 w) ]* z
# p/ v8 O# A: k; T; n0 ?  M" _& C

baiyujun

不知海山大俠用的是哪個(gè)品牌的打標(biāo)機(jī),，性能如何,，有什么不足嗎？
9 F0 Q) K( w, f% w7 K& e, K

海山

嘿嘿,，只用過DZ和深圳另外一家的，打標(biāo)要求不是很高,，主要擔(dān)心燈管等壽命,。
& Z0 h3 L1 t, h（我們不是直接使用者）

4 C, g/ V) W1 |# a0 h" ~樓上大俠主要做什么？

iverson

9 n1 N$ U+ l# H      激光焊接原理與主要工藝參數(shù)
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6 B( d1 p8 m6 R7 A% z      1．激光焊接原理
3 Y( v* j' h/ `" ~8 O0 V         激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn),，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105
5 z- ?% w( u+ W8 O0 O& B0 T      W/cm2為熱傳導(dǎo)焊,，此時(shí)熔深淺,、焊接速度慢；功率密度大于105~107
: Z6 W- G, {! o  r6 v' Q      W/cm2時(shí),，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”,，形成深熔焊，具有焊接速度快,、深寬比大的特點(diǎn),。
7 t# q6 ~! H( ~  a      其中熱傳導(dǎo)型激光焊接原理為：激光輻射加熱待加工表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散,，通過控制激光脈沖的寬度,、能量、峰功率和重復(fù)頻率等激光參數(shù),，使工件熔化,，形成特定的熔池。
2 q& [( {; ^: g3 J* b& b# Z      用于齒輪焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接機(jī)主要涉及激光深熔焊接,。下面重點(diǎn)介紹激光深熔焊接的原理,。
3 _. r% v* r0 d! p3 H6 Y      激光深熔焊接一般采用連續(xù)激光光束完成材料的連接，其冶金物理過程與電子束焊接極為相似,，即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過“小孔”（Key-hole）結(jié)構(gòu)來完成的,。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔,。這個(gè)充滿蒸氣的小孔猶如一個(gè)黑體,，幾乎吸收全部的入射光束能量,，孔腔內(nèi)平衡溫度達(dá)2500
6 m" _/ m* s& P      0C左右，熱量從這個(gè)高溫孔腔外壁傳遞出來,，使包圍著這個(gè)孔腔四周的金屬熔化,。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬,，液態(tài)金屬四周包圍著固體材料（而在大多數(shù)常規(guī)焊接過程和激光傳導(dǎo)焊接中,，能量首先沉積于工件表面，然后靠傳遞輸送到內(nèi)部）,�,？妆谕庖后w流動(dòng)和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動(dòng)態(tài)平衡。光束不斷進(jìn)入小孔,，小孔外的材料在連續(xù)流動(dòng),，隨著光束移動(dòng)，小孔始終處于流動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài),。就是說,，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進(jìn)速度向前移動(dòng)，熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,，焊縫于是形成。上述過程的所有這一切發(fā)生得如此快,，使焊接速度很容易達(dá)到每分鐘數(shù)米,。
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% Q4 U! i' P, F/ v/ q6 q      2. 激光深熔焊接的主要工藝參數(shù)
      1)激光功率。激光焊接中存在一個(gè)激光能量密度閾值,，低于此值,，熔深很淺，一旦達(dá)到或超過此值,，熔深會(huì)大幅度提高,。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過閾值（與材料有關(guān)），等離子體才會(huì)產(chǎn)生,，這標(biāo)志著穩(wěn)定深熔焊的進(jìn)行,。如果激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生表面熔化,，也即焊接以穩(wěn)定熱傳導(dǎo)型進(jìn)行,。而當(dāng)激光功率密度處于小孔形成的臨界條件附近時(shí)，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行,，成為不穩(wěn)定焊接過程,，導(dǎo)致熔深波動(dòng)很大。激光深熔焊時(shí),，激光功率同時(shí)控制熔透深度和焊接速度,。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān),，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來說,，對(duì)一定直徑的激光束,，熔深隨著光束功率提高而增加。
      2)光束焦斑,。光束斑點(diǎn)大小是激光焊接的最重要變量之一,，因?yàn)樗鼪Q定功率密度。但對(duì)高功率激光來說,，對(duì)它的測(cè)量是一個(gè)難題,，盡管已經(jīng)有很多間接測(cè)量技術(shù)。
! J( F& \, m6 |& c% \* V9 O      光束焦點(diǎn)衍射極限光斑尺寸可以根據(jù)光衍射理論計(jì)算,，但由于聚焦透鏡像差的存在,，實(shí)際光斑要比計(jì)算值偏大。最簡(jiǎn)單的實(shí)測(cè)方法是等溫度輪廓法,，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測(cè)量焦斑和穿孔直徑,。這種方法要通過測(cè)量實(shí)踐，掌握好激光功率大小和光束作用的時(shí)間,。
      3)材料吸收值,。材料對(duì)激光的吸收取決于材料的一些重要性能，如吸收率,、反射率,、熱導(dǎo)率、熔化溫度,、蒸發(fā)溫度等,，其中最重要的是吸收率。
' \0 o! O$ w! U      影響材料對(duì)激光光束的吸收率的因素包括兩個(gè)方面：首先是材料的電阻系數(shù),，經(jīng)過對(duì)材料拋光表面的吸收率測(cè)量發(fā)現(xiàn),，材料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而變化,；其次,，材料的表面狀態(tài)（或者光潔度）對(duì)光束吸收率有較重要影響，從而對(duì)焊接效果產(chǎn)生明顯作用,。
* L+ p( H/ h" I& b& T5 O      CO2激光器的輸出波長(zhǎng)通常為10.6μm,，陶瓷、玻璃,、橡膠,、塑料等非金屬對(duì)它的吸收率在室溫就很高，而金屬材料在室溫時(shí)對(duì)它的吸收很差,，直到材料一旦熔化乃至氣化,，它的吸收才急劇增加,。采用表面涂層或表面生成氧化膜的方法，提高材料對(duì)光束的吸收很有效,。
8 z" c6 G2 i' s      4)焊接速度,。焊接速度對(duì)熔深影響較大，提高速度會(huì)使熔深變淺,，但速度過低又會(huì)導(dǎo)致材料過度熔化,、工件焊穿。所以,，對(duì)一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一個(gè)合適的焊接速度范圍,，并在其中相應(yīng)速度值時(shí)可獲得最大熔深。圖10-2給出了1018鋼焊接速度與熔深的關(guān)系,。
' `/ E2 H7 _9 h0 d& V7 ~      5)保護(hù)氣體,。激光焊接過程常使用惰性氣體來保護(hù)熔池，當(dāng)某些材料焊接可不計(jì)較表面氧化時(shí)則也可不考慮保護(hù),，但對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合則常使用氦,、氬、氮等氣體作保護(hù),，使工件在焊接過程中免受氧化,。
2 a) x# Z1 q5 _5 Q4 u) N      氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順利通過,，光束能量不受阻礙地直達(dá)工件表面,。這是激光焊接時(shí)使用最有效的保護(hù)氣體，但價(jià)格比較貴,。
4 J! c9 Q$ k, c! n( N$ P      氬氣比較便宜，密度較大,，所以保護(hù)效果較好,。但它易受高溫金屬等離子體電離，結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件,，減少了焊接的有效激光功率,，也損害焊接速度與熔深。使用氬氣保護(hù)的焊件表面要比使用氦氣保護(hù)時(shí)來得光滑,。
' r1 x2 Y& w4 w# d0 v! S# a5 c. X      氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體最便宜,，但對(duì)某些類型不銹鋼焊接時(shí)并不適用，主要是由于冶金學(xué)方面問題,，如吸收,，有時(shí)會(huì)在搭接區(qū)產(chǎn)生氣孔。
      使用保護(hù)氣體的第二個(gè)作用是保護(hù)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射,。特別在高功率激光焊接時(shí),，由于其噴出物變得非常有力,，此時(shí)保護(hù)透鏡則更為必要。
      保護(hù)氣體的第三個(gè)作用是對(duì)驅(qū)散高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子屏蔽很有效,。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云,，金屬蒸氣周圍的保護(hù)氣體也會(huì)因受熱而電離。如果等離子體存在過多,，激光束在某種程度上被等離子體消耗,。等離子體作為第二種能量存在于工作表面，使得熔深變淺,、焊接熔池表面變寬,。通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度,。中性原子越輕,，碰撞頻率越高，復(fù)合速率越高,；另一方面,，只有電離能高的保護(hù)氣體，才不致因氣體本身的電離而增加電子密度,。
      表    　常用氣體和金屬的原子(分子)量和電離能
3 j" i" u9 i6 M# \+ D3 G. Q& K$ P      材料    氦    氬    氮    鋁    鎂    鐵
      原子(分子)量    4    40    28    27    24    56
7 f1 d: }; r7 j3 F      電離能(eV)    24.46    15.68    14.5    5.96    7.61    7.83
      從表可知,，等離子體云尺寸與采用的保護(hù)氣體不同而變化，氦氣最小,，氮?dú)獯沃�,，使用氬氣時(shí)最大。等離子體尺寸越大,，熔深則越淺,。造成這種差別的原因首先由于氣體分子的電離程度不同，另外也由于保護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣擴(kuò)散差別,。
% _( j: o% |) o% s# o7 ^      氦氣電離最小,，密度最小，它能很快地驅(qū)除從金屬熔池產(chǎn)生的上升的金屬蒸氣,。所以用氦作保護(hù)氣體,，可最大程度地抑制等離子體，從而增加熔深,，提高焊接速度,；由于質(zhì)輕而能逸出，不易造成氣孔,。當(dāng)然,，從我們實(shí)際焊接的效果看，用氬氣保護(hù)的效果還不錯(cuò),。
      等離子云對(duì)熔深的影響在低焊接速度區(qū)最為明顯,。當(dāng)焊接速度提高時(shí),，它的影響就會(huì)減弱。
      保護(hù)氣體是通過噴嘴口以一定的壓力射出到達(dá)工件表面的,，噴嘴的流體力學(xué)形狀和出口的直徑大小十分重要,。它必須以足夠大以驅(qū)使噴出的保護(hù)氣體覆蓋焊接表面，但為了有效保護(hù)透鏡,，阻止金屬蒸氣污染或金屬飛濺損傷透鏡,，噴口大小也要加以限制。流量也要加以控制,，否則保護(hù)氣的層流變成紊流,，大氣卷入熔池，最終形成氣孔,。
7 L( M- h+ D- `* g8 ?' h1 x6 E      為了提高保護(hù)效果,，還可用附加的側(cè)向吹氣的方式，即通過一較小直徑的噴管將保護(hù)氣體以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔,。保護(hù)氣體不僅抑制了工件表面的等離子體云,，而且對(duì)孔內(nèi)的等離子體及小孔的形成施加影響，熔深進(jìn)一步增大,，獲得深寬比較為理想的焊縫,。但是，此種方法要求精確控制氣流量大小,、方向,，否則容易產(chǎn)生紊流而破壞熔池，導(dǎo)致焊接過程難以穩(wěn)定,。
      6)透鏡焦距,。焊接時(shí)通常采用聚焦方式會(huì)聚激光，一般選用63~254mm(2.5”~10”)焦距的透鏡,。聚焦光斑大小與焦距成正比,，焦距越短，光斑越小,。但焦距長(zhǎng)短也影響焦深，即焦深隨著焦距同步增加,，所以短焦距可提高功率密度,，但因焦深小，必須精確保持透鏡與工件的間距,，且熔深也不大,。由于受焊接過程中產(chǎn)生的飛濺物和激光模式的影響，實(shí)際焊接使用的最短焦深多為焦距126mm(5”),。當(dāng)接縫較大或需要通過加大光斑尺寸來增加焊縫時(shí),，可選擇254mm(10”)焦距的透鏡,，在此情況下，為了達(dá)到深熔小孔效應(yīng),，需要更高的激光輸出功率（功率密度）,。
6 w. z. }0 i  `2 s- s/ h* L7 I      當(dāng)激光功率超過2kW時(shí)，特別是對(duì)于10.6μm的CO2激光束,，由于采用特殊光學(xué)材料構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng),，為了避免聚焦透鏡遭光學(xué)破壞的危險(xiǎn)，經(jīng)常選用反射聚焦方法,，一般采用拋光銅鏡作反射鏡,。由于能有效冷卻，它常被推薦用于高功率激光束聚焦,。
& r1 [- {, d/ p% `, g$ v      7)焦點(diǎn)位置,。焊接時(shí)，為了保持足夠功率密度,，焦點(diǎn)位置至關(guān)重要,。焦點(diǎn)與工件表面相對(duì)位置的變化直接影響焊縫寬度與深度。圖2-6表示焦點(diǎn)位置對(duì)1018鋼熔深及縫寬的影響,。
      在大多數(shù)激光焊接應(yīng)用場(chǎng)合,，通常將焦點(diǎn)的位置設(shè)置在工件表面之下大約所需熔深的1/4處。
      8)激光束位置,。對(duì)不同的材料進(jìn)行激光焊接時(shí),，激光束位置控制著焊縫的最終質(zhì)量，特別是對(duì)接接頭的情況比搭接結(jié)頭的情況對(duì)此更為敏感,。例如,，當(dāng)淬火鋼齒輪焊接到低碳鋼鼓輪，正確控制激光束位置將有利于產(chǎn)生主要有低碳組分組成的焊縫,，這種焊縫具有較好的抗裂性,。有些應(yīng)用場(chǎng)合，被焊接工件的幾何形狀需要激光束偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度,，當(dāng)光束軸線與接頭平面間偏轉(zhuǎn)角度在100度以內(nèi)時(shí),，工件對(duì)激光能量的吸收不會(huì)受到影響。
$ X1 a9 E" E4 ]6 \& h) g      9)焊接起始,、終止點(diǎn)的激光功率漸升,、漸降控制。激光深熔焊接時(shí),，不管焊縫深淺,，小孔現(xiàn)象始終存在。當(dāng)焊接過程終止、關(guān)閉功率開關(guān)時(shí),，焊縫尾端將出現(xiàn)凹坑,。另外，當(dāng)激光焊層覆蓋原先焊縫時(shí),，會(huì)出現(xiàn)對(duì)激光束過度吸收,，導(dǎo)致焊件過熱或產(chǎn)生氣孔。
/ T7 v0 z5 U' t# J6 o0 J      為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生,，可對(duì)功率起止點(diǎn)編制程序,，使功率起始和終止時(shí)間變成可調(diào)，即起始功率用電子學(xué)方法在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)從零升至設(shè)置功率值,，并調(diào)節(jié)焊接時(shí)間,，最后在焊接終止時(shí)使功率由設(shè)置功率逐漸降至零值。
8 s/ U+ @; ~$ I2 H& v( H6 c      1.    激光深熔焊特征及優(yōu),、缺點(diǎn)
      （－）激光深熔焊的特征
, ?4 H) i# l  B2 r2 M3 T      1)    高的深寬比,。因?yàn)槿廴诮饘賴�著圓柱形高溫蒸氣腔體形成并延伸向工件，焊縫就變成深而窄,。
8 ]& |7 O$ e+ j$ d/ ~8 I; I      2)    最小熱輸入,。因?yàn)樾】變?nèi)的溫度非常高，熔化過程發(fā)生得極快,，輸入工件熱量很低,，熱變形和熱影響區(qū)很小。
      3)    高致密性,。因?yàn)槌錆M高溫蒸氣的小孔有利于焊接熔池?cái)嚢韬蜌怏w逸出,，導(dǎo)致生成無氣孔的熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織細(xì)微化,。
      4)   
/ {) ]1 b5 h8 F& h: M5 N      強(qiáng)固焊縫,。因?yàn)闊霟釤嵩春蛯?duì)非金屬組分的充分吸收，降低雜質(zhì)含量,、改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布,。焊接過程無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染少,，使得焊縫強(qiáng)度,、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬。
      5)    精確控制,。因?yàn)榫劢构恻c(diǎn)很小,，焊縫可以高精確定位。激光輸出無“慣性”,，可在高速下急停和重新起始，用數(shù)控光束移動(dòng)技術(shù)則可焊接復(fù)雜工件。
! K1 a% `( N. u9 h3 r9 i. B( Z      6)    非接觸大氣焊接過程,。因?yàn)槟芰縼碜怨庾邮�,，與工件無物理接觸，所以沒有外力施加工件,。另外,，磁和空氣對(duì)激光都無影響。
" M" q% b7 T) b# z! E9 H      （二）激光深熔焊的優(yōu)點(diǎn)
* x  L/ |) m$ I( v  x* ?. q3 E. w. m      1)    由于聚焦激光比常規(guī)方法具有高得多的功率密度,，導(dǎo)致焊接速度快,，受熱影響區(qū)和變形都很小，還可以焊接鈦等難焊的材料,。
# s, @4 m: e1 U% B9 G0 t$ J( O2 A- q; ~      2)    因?yàn)楣馐�容易傳輸和控��,，又不需要�?jīng)常更換焊槍、噴嘴,，又沒有電子束焊接所需的抽真空,，顯著減少停機(jī)輔助時(shí)間，所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高,。
% q3 H# [7 R( m+ H# ?& P$ T      3)    由于純化作用和高的冷卻速度,，焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高,。
      4)    由于平均熱輸入低,，加工精度高，可減少再加工費(fèi)用,；另外,，激光焊接運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也較低，從而可降低工件加工成本,。
      5)    對(duì)光束強(qiáng)度和精細(xì)定位能有效控制,，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。
      （三）激光深熔焊的缺點(diǎn)
      1)    焊接深度有限,。
1 n% {# X% l: J" E% h& ?      2)    工件裝配要求高,。
. [3 S; F6 W; o8 h9 X* z) T      3)    激光系統(tǒng)一次性投資較高。

紅帆船

我們的激光焊機(jī)是意大利ＧＥＦＩＴ的,，水冷；摩擦焊機(jī)是德國(guó)ＫＵＫＡ的,，水冷,；等離子焊接是美國(guó)GARDINAL MACHINE COMPANY．學(xué)習(xí)中．