激光焊接试验报告

激光焊接实验报告一、实验目的1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。2、 观察 CO2 与 YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机理。3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法，能够进行简单的焊接操作。4、掌握金相测量方法，观察和记录焊接实验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接结果进行合理分析。5、了解激光焊接的应用。二、实验原理2.1 激光焊接原理激光焊接采用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104 ~105 W/cm2 为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于 105 ~107W/cm2 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1 是 CO2 激光器焊接结构图。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，其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。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104W/cm2数量级时，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔化。当功率密度在大于104W/cm2小于106W/cm2数量级范围内时，金属料表层发生熔化。功率密度达到106W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用下发生气化， 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。同时，伴随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107W/cm2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，出现等离子体对激光的屏蔽现象。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激光焊接模式根据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔焊模式。2.2.1 、 激光热传导焊接激光加热加工表面，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，材料对激光的吸收将发生突变。材料的吸收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用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似， 即...