CN107363401A - 一种基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法 - Google Patents

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杨健楠
宁杰
白清林
裴俊宇
刘江哲
卢广峰
张建勋
殷咸青
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Abstract

本发明公开了一种基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，包括以下步骤：在两个预对接紫铜之间开设有I型坡口，再对所述I型坡口的表面进行预处理，然后基于激光功率调制完成两个预对接紫铜的激光焊接，其中，采用波形调制的方法实现激光的功率调制，该方法能够有效地提高紫铜光纤激光焊接的热效率。

Description

一种基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法。
背景技术
紫铜具有导电性能优良、耐腐蚀性能和加工性能好等优点，被广泛地应用于电器、机械、车辆、船舶工业和民用器具等方面，是现代工业、农业、国防和科学技术不可缺少的金属。目前紫铜的焊接是采用氩弧焊来完成。紫铜导热系数高，比普通碳钢高出8倍左右，而氩弧焊能量密度较低，在焊接过程中易出现母材难熔化、难焊合的问题，焊接变形大，且生产环境恶劣，生产效率低下。
激光焊接具有能量密度高、热影响区窄、变形小和效率高等优点，在紫铜焊接中有很好的应用价值和前景。但是由于紫铜对工业中常用的波长为1μm左右红外激光的吸收率较低，室温时不超过5％，在熔点附近可以达到约15％。因此，在采用激光高能束焊接紫铜时所需的激光功率较高，板材厚度为1.5mm时为保证焊透激光功率需高于2500W，板材越厚所需的激光功率越高，设备投入成本过高，限制了激光在紫铜焊接中的应用。
当激光功率小于形成小孔所需的功率密度时，高能激光束仅能对工件表面加热，当表面温度超过熔点时形成高温液态金属，之后高温液态熔池通过热传导加热熔池下部的金属，从而严重降低紫铜光纤激光焊接的热效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，该方法能够有效地提高紫铜光纤激光焊接的热效率。
为达到上述目的，本发明所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法包括以下步骤：
在两个预对接紫铜之间开设有I型坡口，再对所述I型坡口的表面进行预处理，然后基于激光功率调制完成两个预对接紫铜的激光焊接，其中，采用波形调制的方法实现激光的功率调制。
对所述I型坡口的表面进行预处理的具体操作为：打磨去除所述I型坡口表面的氧化层，再用丙酮擦拭I型坡口的表面，然后再调整两个预对接紫铜的位置，使两个预对接紫铜的根部相接触。
采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为脉冲波，方波、锯齿波或正弦波。
激光功率调制后激光的峰值功率大于等于功率调制后激光平均功率的1.5倍。
当采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为正弦波时，功率调制后激光的频率为300Hz，激光的振幅为1.5kW，激光的平均功率为2.5kW。
当采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为正弦波时，功率调制后激光的频率为100Hz，激光的振幅为1.0kW，激光的平均功率为2.5kW。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法在具体操作时，基于激光功率调制完成两个预对接紫铜的激光焊接，其中，采用波形调制的方法实现激光的功率调制，使激光的瞬时功率明显大于激光的平均功率，从而使激光的瞬时功率密度能够达到高温液态熔池底部形成小孔所需的临界功率密度，激光照射进入小孔后在小孔内发生多次反射，并在反射前被小孔壁面吸收一定的激光能量，从而显著提高紫铜光纤激光焊接过程中能量的传递效率，进而有效提高提高紫铜光纤激光焊接的热效率。
附图说明
图1为本发明焊接过程中的原理图；
图2a为实施例一中激光功率不调制所得试样的截面图；
图2b为实施例一中激光功率调制后所得试样的截面图；
图3a为实施例二中激光功率不调制所得试样的截面图；
图3b为实施例二中激光功率调制后所得试样的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法包括以下步骤：在两个预对接紫铜之间开设有I型坡口，再对所述I型坡口的表面进行预处理，然后基于激光功率调制完成两个预对接紫铜的激光焊接，其中，采用波形调制的方法实现激光的功率调制。
对所述I型坡口的表面进行预处理的具体操作为：打磨去除所述I型坡口表面的氧化层，再用丙酮擦拭I型坡口的表面，然后再调整两个预对接紫铜的位置，使两个预对接紫铜的根部相接触。
采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为脉冲波，方波、锯齿波或正弦波；激光功率调制后激光的峰值功率大于等于功率调制后激光平均功率的1.5倍；当采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为正弦波时，功率调制后激光的频率为300Hz，激光的振幅为1.5kW，激光的平均功率为2.5kW；当采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为正弦波时，功率调制后激光的频率为100Hz，激光的振幅为1.0kW，激光的平均功率为2.5kW。
实施例一
试验材料为AZ31镁合金，试板厚度为2.7mm，试验前用砂纸打磨去除材料表面的氧化层，并用丙酮擦拭干净。焊接速度为5m/min，离焦量为0mm，激光头倾斜10°照射到试板表面。第一种方案为：不对激光功率进行调制，将2.0kW激光束直接照射到试板表面，形成连续焊道，截取焊缝横截面金相试样得到如图2a所示的结果；第二种方案为：采用正弦波对激光功率进行调制，调制频率为300HZ，振幅为1.5kW，平均功率为2.0kW，形成连续焊道，截取焊缝横截面金相试样得到如图2b所示的结果。从图2a和图2b可以看到，采用激光功率调制的办法可以明显提高焊接热效率，增大焊接熔深。
实施例二
试验材料为T2紫铜，试板厚度为1.5mm，试验前用砂纸打磨去除材料表面的氧化层，并用丙酮擦拭干净。焊接速度为1m/min，离焦量为0mm，激光头倾斜10°照射到试板表面。第一种方案为：不对激光功率进行调制，将2.5kW激光束直接照射到试板表面，形成连续焊道，截取焊缝横截面金相试样得到如图3a所示的结果；第二种方案为：采用正弦波对激光功率进行调制，调制频率为100HZ，振幅为1.0kW，平均功率为2.5kW，形成连续焊道，截取焊缝横截面金相试样得到如图3b所示的结果。从图3a和图3b可以看到，采用激光功率调制的办法可以明显提高焊接热效率，增大焊接熔深。

Claims (6)

1.一种基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在两个预对接紫铜之间开设有I型坡口，再对所述I型坡口的表面进行预处理，然后基于激光功率调制完成两个预对接紫铜的激光焊接，其中，采用波形调制的方法实现激光的功率调制。
2.根据权利要求1所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，其特征在于，对所述I型坡口的表面进行预处理的具体操作为：打磨去除所述I型坡口表面的氧化层，再用丙酮擦拭I型坡口的表面，然后再调整两个预对接紫铜的位置，使两个预对接紫铜的根部相接触。
3.根据权利要求1所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，其特征在于，采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为脉冲波，方波、锯齿波或正弦波。
4.根据权利要求1所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，其特征在于，激光功率调制后激光的峰值功率大于等于功率调制后激光平均功率的1.5倍。
5.根据权利要求1所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，其特征在于，当采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为正弦波时，功率调制后激光的频率为300Hz，激光的振幅为1.5kW，激光的平均功率为2.5kW。
6.根据权利要求1所述的基于功率调制提高紫铜光纤激光焊接热效率的方法，其特征在于，当采用波形调制的方法实现激光功率调制的过程中的波形为正弦波时，功率调制后激光的频率为100Hz，激光的振幅为1.0kW，激光的平均功率为2.5kW。
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