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    激光光束整形和光束擺動

    2021-04-08 09:27:53 晶肖

    光束整形 Beam Shaping

    我們說的激光光束整形(Beam Shaping),常指采用光束整形透鏡、鏡片、微透鏡或者不同形狀光纖對光斑實現勻化效果。這里介紹一種新方法:來自TRUMP 的BrightLine焊接技術,采用2合1光纖(圖1),它是由內芯光纖(Fiber Core)和外環光纖(Fiber Ring)組成。將兩個光束疊加作用到加工區域。


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    圖1 TRUNP的2合1光纖技術


    在激光深熔焊接(Deep Penetration Process)過程中,加工微小位置的金屬吸收激光熱量熔化并蒸發,在微小孔底部產生高壓蒸汽。蒸汽從底部噴射而出導致材料損失,也就是飛濺。整個過程類似家里燒水不斷產生氣泡的過程。當采用2合1整形光束時,外環光纖在微孔周邊創造了一個更大區域的“緩沖區”,允許高壓蒸汽逸出。外環光束有助于創建一個更穩定的深熔焊接過程。

    同時,外環光束還改變了熔池金屬液體的流動方向(圖2)。向表面加速流動的金屬熔液,在環形光束脈沖影響下,向側面偏轉。因此,在以上兩個變化綜合影響下,試驗證明,內外光纖整 形技術可減少90%的飛濺。


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    圖2 在內外光束作用下熔池變化


    光束擺動 Beam Oscillation

    光束擺動軌跡如下圖所示。對于一些對碰和搭接焊接過程,由于零件之間有間隙且沒有填充材料,而常規的激光焊接是沿著間隙走直線,無法有效焊接。因此,引入光束擺動(Oscillation或Wobble),直線和上下運動疊加產生螺旋線(圖3),增加了熔池區域,此時金屬液體填充滿間隙實現焊接。采用光束擺動還有一個好處,是可以補償零件尺寸誤差,減小氣孔,增加焊縫美觀和焊接過程的穩定性。


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    圖3 直線運動和上下擺動疊加軌跡


    光束整形和光束擺動同時使用,可以大大提高深熔焊接工藝的穩定性,提高鋁合金和高強度鋼材的可焊接性,有效避免微裂紋。然而,對于某些材料,仍然存在隨機微裂紋。下圖4-6是6XXX系鋁合金在光束整形、光束擺動,以及光束整形和擺動三種條件下的焊接效果。


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    圖4 光束整形焊接截面微觀效果


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    圖5 光束擺動焊接截面微觀效果


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    圖6 光束整形和光束擺動焊接截面微觀效果


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    深圳市萬順興科技有限公司

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