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如何调整激光焊接机的激光束

如何调整激光焊接机的激光束


激光焊时熔池的熔探和形状除了与材料本身的热物理性质有关外,主要受激光光斑性质、功率密度、焊接速度,以及保护气体等因素影响。


激光焊接机激光束的调整

相关参数有以下数值关系(经验公式):

do=fθ(4-6)

θ=1.44λ/D(4-7)

bo=16(f/D)2λ(4-8)

聚焦镜是较接近工件表面的光学元件。实际上,经透镜聚焦的光束,在焦平面附近有一个直径和长度均很小的束腰,该束腰直径即为光斑直径,焦点位于小束腰位置,强度大。束腰长度即是焦深bo,焦点两侧焦深范围内的激光强度略有降低(约是焦点强度的5%)。光斑直径较难计算或测量出,但可以通过聚焦镜的焦距f和发散角疗的乘积来估算,它的具体数值是根据加工要求来确定的。由选定的光斑直径do可以把透镜的焦距f确定下来。但是,由于材料熔化估算的功率密度数值通常是某一范围,所以光斑直径也不可能一次就确定下来。除光斑直径外,焦深q的大小也能估算,它与光斑直径相互关联,需统一考虑。

由公式可知,焦距小,则光斑直径小。短焦距使加工头与焊件表面之间的可用距离变小,除装卡工件不方便外,还容易由熔融金属的飞溅或产生的金属蒸气而损伤透镜表面,造成光学元件过早损坏,把焦距f与数值孔径(约等于光斑直径)之比称为焦数。根据使用经验,10kWCO2激光透镜焦数的合适范围是6-9。当有高焊接速度要求时,焦数要小一些,大约为3。但小焦数时.透镜球差严重,影响聚焦效果。Nd:YAG激光的焦牧定为4比较合适。因此,可以通过焦数来确定光斑直径。

激光焊接机聚焦的激光束在焦点附近有一个束腰,束腰的小截面处是透镜的焦平面.也就是小光斑的所处位置。焦深随焦数增加面增加。在焦深范围内,功率密度变化较小。大焦深时,工件沿激光入射方向在焦平面附近的较大深度范围能接收到较高的激光能量,为激光深熔化焊创造条件。在实际操作中,涉及到调整工件与透镜的相对位置,大的焦深意味着工件在激光入射方向有较大的可调范围。工件的初始高度位置,一般依据焦深的大小来确定。丁作时,透射的热畸变会引起光斑尺寸和焦深发生变化,所以在工作过程中要经常检查这些激光参数,以便能及时调整工件位置,使光斑处在正确的工作位置上。



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