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激光打标机百科

日期:2019-07-24 13:28

  高亮度光纤激光器(光束参数乘积[BPP] 高功率、高亮度光纤激光器使远程激光扫描(RLS)应用飞速发展。相比其他技术,RLS具有更强的灵活性和更快的加工速度,并且极大程度的缩短了大尺寸工件的加工周期。 高亮度光纤激光器 传统光纤激光器采用光纤耦合技术将多束激光输出耦合在一起,导致输出激光的亮度更低。而恩耐nLIGHT altaTM新一代光纤激光器采用了创新型架构,通过将泵浦二极管和驱动器合并在独立的泵浦模块中,增益光纤安装在可配置的增益模块中,可以输出8kW 以上的激光功率。增益模块基于新颖的主振荡器/功率放大器 (MOPA) 设计,可以实现高亮度激光输出。此外,恩耐激光器还采用了可靠的集成式返射隔离器来保护所有模块免受返射光的影响,可以对高反材料进行满功率、不间断、稳定的加工。这两项技术创新在RLS 应用中起到了至关重要的作用。 RLS 系统的设计关键在于扫描头的工作距离、焦斑尺寸以及扫描范围。使用高亮度光纤激光器的一个好处就是它能够增大工作距离和扫描范围,同时能够获得更小的焦斑尺寸,以提高焊接速度和增大焊接熔深。表中所列的两个商用RLS 扫描头产品(SCANLAB IntelliWELD 和 IntelliSCAN)展示了更高亮度激光的好处(50μm 光纤芯径)。从此例可以看出,扫描头工作距离可以增加 50% 以上,同时焦斑尺寸可以缩小14%。nLIGHT 激光器可以提供功率高达 8kW 的高亮度输出。 远程激光焊接 焊接解决方案的选择对于每个应用来说都是一个复杂的问题。一般来说,短焊缝数量越多,并且分布在较大的面积上(例如门、座椅结构以及汽车总成的车体部件)。相比固定光学头焊接,远程激光焊接(RLW)的优势也更大。图 1 为采用RLW 技术后加工周期缩短高达 50% 的案例。示例同时涵盖了高密度焊缝焊接、精密焊接 (a, b) 以及具有多条焊缝的大尺寸结构焊接等情况。尤其是我们从 (c) 中看到,此部件的部分焊缝从顶板一直延续到底板。这种类型的结构采用传统焊接头进行焊接并不容易实现。图1. 汽车总成需要将一组管子的末端焊接到一个较大的结构 (a)。(b) 例所示为大型(约 30 × 60cm)汽车座椅结构,这是一个多层结构,要求在顶部进行焊接,并通过孔焊接到部件的底层 (c)。 此外,RLW 可以为焊接工艺控制提供很多先进功能,例如,如果需要使焊接点在焊接区域内进行摆动,或加工过程包含复杂的焊接形状(圆形,C形等),采用扫描方式的加工速度和精度会比使用机器人进行小幅度高速运动的效果更好。RLW 扫描头的扫描速度可以达到每分钟90至180m,而传统机器人的运动速度较大只有约 10m/min。 高亮度光纤激光器加工高导热材料时,较好是采用小光斑,以保持焊接小孔的稳定,但此加工方式可能会使加工过程过于剧烈,产生大量焊接飞溅。实验证明,高亮度激光器配合远程扫描头的高速定位,显著减少焊接飞溅,这是通过光束摆动确保焊接小孔稳定来实现的。图 2 表明,焊接铜、铝时,如果不使用光束摆动模式,焊接飞溅将会很严重。一旦采用高频摆动光束,焊接飞溅就会减少。此外,恩耐激光独创的抗高反技术在此应用中也不可或缺,通过安装一个保护装置,避免设备受到返射光的伤害。加工铜和铝这类高反射金属时,返射光是不可避免的,传统激光器由于对返射光的天然敏感性,可能会导致加工不稳定和破坏性自动关机,甚至报废。图2. 无光束摆动 (a) 和有光束摆动 (b) 的纯铜焊接飞溅情况观察结果,摆动优化显示无焊接飞溅 (c)。(d-f) 所示为对铝材进行光束摆动应用的效果,焊接飞溅减少。(图:德国德累斯顿 Fraunhofer IWS 以及 SCANLAB)。

  一、稀土激光材料 激光是一种新式光源,它具有很好的方向性和相干性,并且能够到达很高的亮度。与激光技能相应开展起来的各种晶体,如非线性晶体,能对激光束进行调频、调幅、调偏及调相效果;能批改传输过程中激光图画的畸变;热电勘探晶体能活络地勘探到红外光等。这些特性使激光很快就运用到工、农、医和国防部分。 激光与稀土激光材料是一起诞生的。到现在为止,大约90%的激光材料都涉及到稀土。自从1960年在红宝石中呈现激光以来,同年就发现用掺钐的氟化钙(CaF2:Sm2+)可输出脉冲激光。1961年首要运用掺钕的硅酸盐玻璃取得脉冲激光,从此拓荒了具有广泛用处的稀土玻璃激光器的研讨。1962年首要运用CaWO4:Nd3+晶体输出接连激光,1963年首要研发稀土螯合物液体激光材料,运用掺铕的酰的醇溶液取得脉冲激光,1964年找出了室温下可输出接连激光的掺钕的钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12:Nd3+),它已成为现在取得了广泛运用的固体激光材料,1973年初次完成铕-氦的稀土金属蒸气的激光振动。由此可见,在短短的十多年里,稀土的固态、液态和气态都完成了受激发射。在激光作业物质中,稀土已成为一族很重要的元素。这都与它具有特殊的电子组态、许多可运用的能级和光谱特性有关。 稀土激光材料可分为:固体、液体和气体三大类。但后两大类因为其功能、品种和用处等远不如固体材料。所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料,而激光晶体又占主导地位。 二、稀土固态激光材料 1.稀土晶体激光材料 现在已知约有320种激光晶体,主要是含氧的化合物或含氟的化合物,其间约290种是掺入稀土作为激活离子的,即稀土激光晶体约占90.6%,稀土中已完成激光输出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等,虽然激光晶体许多,但重要的只要数十种,而有用的更少。典型的、优秀的激光晶体有如下几种: (1)稀土石榴石体系(YAG) YAG是现在国内外研讨、开发和运用最活泼的体系,其间掺钕钇铝石榴石晶体(YAG∶Nd)功能最好,用处最广,产值最大。它用作重复频率高的脉冲激光器。近年来开发了功率更高的掺钕和铬的钆钪镓石榴石。 (2)掺Nd的铝酸钇体系 YAlO3∶Nd(YAP∶Nd) YAP属正交晶系,具有各向异性,故可运用晶体的不同取向而得到不同的激光特性。别的YAP晶体的长生速度比YAG快。输出功率不易饱满。其缺陷是在高温下存在相不稳定性,热膨胀系数各向异性,致使晶体在生长过程中易呈现开裂、色心和散射颗粒等缺陷。 (3)钇(YLF)激光材料 YLF是一种优秀的激光基质,其间许多稀土激光离子都完成了激光输出。它的长处是受光辐照后,不发生色心而变色,基质吸收的截止波长移向短波。YLF:Nd晶体荧光寿命长,发射截面积大,合适二极管的泵浦的激光晶体。 2.稀土玻璃激光材料 在玻璃中可发生激光的稀土激活离子比在晶体中少,现在已知有Nd、Er、Ho、Tm等三价离子。稀土玻璃激光材料的长处是:易于制备,运用热成型和冷加工工艺可制得不同巨细尺度和形状的玻璃,灵活性比晶体大,既可拉成直径小至微米的纤维,又可制成几厘米直径和几米长的棒或圆盘。稀土玻璃是现在输出脉冲能量最大、输出功率最高的固体激光材料,用这种激光材料制成的大型激光器用于热核聚变的研讨中。 3.化学计量激光材料 在这类激光材料中,稀土激活离子不是以掺杂的办法参加的,而是作为晶体的组分之一。其潜在的运用是用于集成光学、光通讯、测距,将来光计算机与半导体激光器将有一番竞赛。 4.稀土上转化激光材料 现在完成的激光波长主要是红和红外波段,极缺蓝和绿激光波段,使激光的开展和运用受到影响。除倍频技能使长波长的激光转变为短波长激光外,近年来,人们运用发光学中的反斯托克斯效应,大力开展上转化激光材料,并使之到达有用化、商品化。 5.稀土光纤激光材料 跟着集成光学和光纤维通迅的开展,需求有微型的激光器和扩展器。90年代起,信息高速公路对信息的传输提出了更高的要求,多媒体技能要求能一起传送图、文、声、像,并且是高度明晰的声、像。信息高速公路要到达象样的高速,一般的光纤通讯技能传送信息的速度差之甚远,期望能以超高速、超长间隔办法传送信息需求跨过许多技能上的妨碍,其间之一就是怎么弥补在长间隔传送过程中光衰减的能量。所以光信号直接扩展就成为尚待处理的课题。其间掺铒的光纤扩展器能直接扩展光信息,进行大容量、长间隔通讯,使光纤通讯取得长足开展。 近年来对掺铒的光纤扩展器的研发取得了很大的发展。将铒掺入普通石英光纤,再配以980纳米、1480纳米的两种波长的半导体激光器,就根本构成了直接扩展1550纳米光信号的光扩展器。铒从高能态跃迁至基态时发射的光弥补了衰减的信号光,起到光扩展的效果。为防止无用的吸收,光纤中铒的掺杂量为几十至几百ppm,并且,在光密度高的芯的中心部分掺杂可取得高增益。 三、稀土激光材料的运用器材 1.YAG∶Nd激光器 这是用量最多、最老练的激光晶体,对其需求占激光晶体的90%左右,在未来5年内仍为主体。材料加工是激光器巨大商场之一。CO2激光器与YAG∶Nd激光器在材料加工方面供应量之比为2∶1。 2.光存贮激光器 作为信息高速公路重要组成部分,商场潜力十分巨大,其间一部分归于光存储。进步存储密度的办法是用更短波长的激光,现在最佳挑选是808微米的LED泵浦YVO4∶Nd晶体。 3.2微米激光器 Ho和Tm激光器有很大的商场潜力。因为Ho和Tm激光输出波长在2微米左右,与水的吸收峰相挨近,有极好的对人体安排切开和凝血效果,能够用普通光纤传输,是抱负的手术激光光源。美国已同意20多种2微米激光在医疗临床运用。可治疗多种疾病。2微米激光对人眼安全,大气穿透好,可作为激光雷达光源,其归纳功能优于YAG∶Nd和CO2激光器。 4.LED泵浦的固体激光器 LED泵浦固体激光器其功率比灯泵浦进步10倍,全固体化可靠性进步100倍,在光存储、微细加工、有线电视、遥感、雷达等科研方面有巨大商场。LED泵浦激光材料现在主要有YAG∶Nd、YAG∶Tm、YVO4∶Nd、Y2SiO5∶Nd等。 四、稀土激光材料开展方向 稀土材料是激光体系的心脏,是激光技能的根底,由激光而开展起来的光电子技能,不只广泛用于军事,并且在国民经济许多范畴,如光通讯、医疗、材料加工(切开、焊接、打孔、热处理等)、信息贮存、科研、检测和防伪等方面取得广泛运用,构成新工业。在军事上,稀土激光材料广泛运用于激光测距、制导、盯梢、雷达、激光兵器和光电子对立、遥测、精细定位及光通讯等方面。进步和改动各军种和军种的作战才能和办法,在战术进攻和防护中起重大效果。高功率激光材料可配备激光致盲兵器,以及光电对立等兵器。光发射二极管(LED)泵浦的激光晶体制成的激光器输出光束质量好,非线性移频功率高,可把毫瓦级的激光移频到蓝光、绿光和红光区,用于光存贮、显现、遥感、雷达和科研等。1985~1986年全世界的激光器的供应额从4.6亿美元增加到1996年的15亿美元。均匀年增长率为11%。激光产品供应额的散布:美国占45%、欧洲占30%、太平洋区域占25%。供应额占前六位运用范畴是材料加工、医疗、光通讯、科学研讨、光存储和丈量设备。到下世纪初,光通讯、光存储和信息高速公路等光电子技能将得到飞速开展。我国激光工业的供应额从1985年的0.6亿元上升到1994年的5.82亿元。均匀每年以32%的速度递加。

  铝合金激光焊接最为引人关注的特点是其高效率,而要充分发挥这种高效率就要把它运用到大厚度深熔焊接中。因此,研究和使用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来发展的必然趋势。大厚度深熔焊更加突出了小孔现象及其对焊缝气孔的影响,因此小孔形成机理及其控制变得更加重要,它必将成为未来学术界及工业界共同关心和研究的热点问题。    改善激光焊接过程的稳定性和焊缝成形、提高焊接质量是人们追求的目标。因此,激光-电弧复合工艺、填丝激光焊接、预置粉末激光焊接、双焦点技术以及光束整形等新技术将会得到进一步的完善和发展。     另外,有人发现在CO2激光焊接熔池中存在几安培的固有电流,焊接区的外加磁场会影响熔池的流动状态以及光致等离子体的形态和稳定性。因此,采用某种形式的磁场有可能改善铝合金激光焊接过程的稳定性和焊缝质量。所以,采用辅助电流,通过其形成的电磁力控制熔池流动状态,从而改善焊接过程的稳定性,提高焊缝质量,也可能会受到更多研究者的关注。

  2月22日消息: 引言镁的密度是1.78×103kg/m3,为铝的2/3,钢的1/4。镁合金具有高的比强度、比刚度、导热性、可切削加工性和可回收性,被称为21世纪的“绿色”工程材料。近年来,镁合金材料在各种机壳、“陆海空”交通运载工具、国防工业等方面获得了广泛的应用,随着镁的提炼及深加工技术的发展,镁合金材料已成为继钢铁和铝之后的第三大类金属材料,在全球范围内得到快速发展。本文在综述国内外镁合金激光切割、激光焊接、激光表面改性等技术的基础上,对镁合金的激光加工技术进行了研究。1 激光与镁台金材料的作用机理镁合金材料的激光加工是基于光热效应的热加工,前提是激光被镁合金材料吸收并转化为热能。从原子结构理论分析,激光对金属材料的作用是高频电磁场对物质中自由电子的作用,材料中的自由电子在激光诱导作用下发生高频振动,通过韧致辐射,部分振动能量转变为电磁波向外辐射,其余转化为电子的平均动能,再通过电子与晶格之间的驰豫过程转变为热能。不同材料对于不同波长的激光的吸收有很大的差别,吸收率AN。 3 镁合金的激光焊接技术镁合金的焊接性能不好,是制约镁合金应用的技术瓶预之一。相比传统焊接方法,激光焊接具有焊接速度快、热输人低、焊接变形小的特点。镁合金激光焊接技术的研究处于起步阶段,国内外对镁合金的激光焊接研究主要集中在镁合金的连续CO2激光焊接和固体脉冲YAG激光焊接两个领域。德国的1h。等Coelho用2.2kW的Nd:YAG激光器焊接了2mm厚的AZ31B镁合金。得到了表面成形好、气孔少、HAZ区小且无品粒明显长大的焊缝。加拿大的H.Al-Kazzaz等用4kW的Nd:YAG激光器成功焊接了2mm-6mm厚的ZE41A。焊接过程中激光功率过高或过低都会导致加工表面功率密度降低,问时焊接形式从小孔聚焦转变为部分聚焦,最后为热传导模式。激光复合热源焊接作为新型焊接技术日益受到关注,宋刚等用400W固体脉冲YAG激光加旁轴式TIG作为焊接复合热源,首次成功焊接2.5mm厚AZ31B镁合金板材,复合焊接的熔深可达TIG单独焊接的2倍、激光单独焊接的4倍,且焊缝与母材抗拉强度(240MPa)相当。为了提高镁合金材料在焊接过程中对激光的吸收率,孙昊等用500W固体脉冲YAG激光器研究了活性剂对镁合金激光焊接过程的影响,氧化物和氯化物能够增加镁合金激光焊接的熔深和深宽比,原因是活性剂微细粉末在激光作用初期增加了对激光能量的吸收。我们已经进行了镁合金薄板的激光焊接和激光复合焊接,目前正在研究中厚板的激光焊接,为工程实践提供理论支持。4 镁合金的激光表面改性技术随着激光表面改性技术的不断完善,镁合金激光表面处理在镁合金表面耐蚀性、耐磨性等方面的应用越来越受到国内外研究者的重视。激光表面改性技术分为激光表而重熔、激光表面合金化及激光表面熔覆等。4.1 激光表面重熔镁合金激光表面重熔使材料表面组织晶粒细化、显微偏析减少、生成非平衡相,进而引起表面强化,使合金表面耐磨性增加。巴基斯坦的Ghazanfar Abbas等利用1.5kW的半导体激光器对AZ31和AZ61镁合金进行表面熔凝处理,AZ31的硬度由基体的65HV提高到熔凝层的120HV, AZ61的硬度由基体的70HV提高到熔凝层的140HV,且磨损量都降低了一半,提高了其耐磨性。高亚丽等用800W的CO2激光器对AZ91HP镁合金进行了激光表面熔凝处理。与原始镁合金相比,熔凝层的硬度约提高90%左右,耐磨性提高78%,耐蚀性显著提高。这是枝晶细化和熔凝层中相对较多的共同作用。我们用5kW横流CO2激光器研究了AZ31B的激光熔凝技术,微观组织见图2,可以看出,熔凝区晶粒比母材明显小很多。4.2 激光表面合金化国内外在镁合金表面采用合金化处理的研究较少,主要的研究是利用注人硬质颗粒来提高合金化层的耐磨性。印度的Majurndar J D等利用l0kW连续CO2激光器对MEZ采用Al+Mn,SiC和Al+Al2O3合金粉末进行表面合金化处理,硬度由基体的35HV提高到合金化层的270HV,由于硬质相SiC的存在,同时耐磨性得到了提高。陈长军等使用5kW的CO2激光器对表面上预置了Al-Y粉末的ZM5进行了合金化处理,涂层硬度可达到250HV-325HV,而基材的硬度仅为80HV-l00HV。同基材相比,激光处理后的涂层耐蚀性得到显著提高。4.3 激光表面熔覆与激光熔凝、激光合金化相比,国内外对于镁合金激光熔覆研究相对较活跃,镁合金激光熔覆主要围绕提高镁合金的耐磨和耐蚀性进行。德国Maiwald T等用Al+Cu,Al+Si和AlSi30合金粉末对AZ91E和NEZ210进行激光熔覆,Al+Si熔覆层的耐蚀性好于Al+Cu熔覆层,AlSi30熔覆层的耐蚀性最好。德国Bakkar A在碳纤维强化的AS41表面上激光熔覆Al-S,粉末,得到了与基休有良好交界区的熔覆层,且熔覆层的耐蚀性提高了。黄开金等采用3.5kW激光器在AZ9ID表面有效地熔覆了非晶复合粉末Zr-Cu-Ni-Al/TiC,在非晶和金属间化合物的作用下,熔覆层的硬度由基材的100HV0.1提高到850HV0.1左右,硬度提高了7倍左右,加人TiC后,硬度更是提高了9倍左右,同时熔覆层的耐磨性较基材提高了16倍。通过表面改性来改善镁合金结构服役性能是一个重要的手段,将会成为镁合金研究的重要方向之一,但这方面的工作,还远远做得不够,可供实际借鉴的研究更是屈指可数。5 镁合金激光加工的进一步研究镁合金材料已经引起了世界各国研究与开发的兴趣,但是70%左右的镁合金材料主要以铸件或压铸件的形式被应用,只有10%左右用压力加工方法加工成厚板、薄板、棒材和型材、锻件和模锻件等,因此,开发镁合金的深加工是必然趋势。机电之家。其中:c0为光速,c0=3×108m/s为入射激光的波长;为金属材料的导电率。从式(1)可以看出,被加工材料一定时,激光的波长越短,材料对激光的吸收越多。金属中的大量自由电子由于集肤效应的作用,阻碍激光能量深入材料内部,使之大部分被反射掉,所以一般材料对CO2气体激光(λ=10.6μm)的吸收比对YAG固体激光(λ=1.06μm)的吸收低。当激光波长为一恒定值时,材料对该激光束吸收率的大小取决于材料的导电率,导电率越大,材料对激光的吸收越少。所以,镁合金材料对激光的吸收比一般金属材料对激光的吸收要低.这是对镁合金材料进行激光加工的难点之一。2 镁合金的激光切割技术切割是镁合金材料深加工的首要环节,良好的切割质量是材料深加工的保证。与传统切割方法相比,激光切割具有更高的切割精度、更低的粗糙度和更高的生产效率。目前,国内外对镁合金激光切割的研究尚属鲜见。我们利用500W固体脉冲Nd:YAG激光对4mm厚AZ31B镁合金板材进行了切割工艺研究。激光切缝窄细,上缝宽0.45mm、中缝宽0.22mm、下缝宽0.35mm,切缝垂直度为0.05mm,切面波纹小且分布规露。热影响区不明显,切缝的整体宽度约为空气等离子弧切割的1/4。但是,切缝的下表面有轻微的氧化现象,切面有80μm厚的组织形貌为等轴晶的重熔层。工艺研究得出的结论是:切缝宽度随着放电电压、脉冲宽度、脉冲频率的增大而增大,切割速度与辅助气体对切缝宽度的影响不大。图1为AZ31B镁合金激光切割宏观形貌和微观组织照片。   (miki)

  导读本文扼要阐明铝合金的使用特性及焊接特性,从焊接预备,加焊缝维护气,选用双光斑激光焊,激光填丝焊或激光-MIG复合焊,工艺参数调理等方面阐明铝合金激光焊的质量确保办法,工业生产中还能够凭借现有的高端激光头来安稳焊接质量。关键词:铝合金;焊接;激光焊;双光斑;复合焊铝合金使用特性:铝合金因原料轻,耐腐蚀,低温功能和机械归纳功能好而广泛使用于航空、航天、轿车、机械制作、船只及化学工业等很多范畴。跟着近年国家对节能经济的寻求,铝合金的需求又上了一个台阶。现在,轿车行业中适用铝合金首要有Al-Mg(5000系列)、Al-Mg-Si(6000系列)及Al-Mg-Zn(7000系列)三大系列,轿车外壳多用耐蚀可焊的5000系合金,而梁柱等强度要求较高的部位则用6000系或7000系合金。研讨标明,选用铝合金材料恰当减轻轿车的分量能够把油耗下降37%;悬挂设备的负荷下降18%;振荡强度下降5%。在各大轿车厂加大对铝合金加工研制与制作投入的一起,铝合金的焊接又成为一个不得不处理好的根底问题。铝合金的焊接特性:  现在,首要选用TIG焊、MIG焊等惯例办法来焊接铝合金。选用惯例办法焊接,热输入量大导致焊缝广大且熔深较浅,铝合金导热快,冶金时高温溶解很多的氢来不及溢出发生孔(溶入熔池中的氢分出构成的气孔,称为冶金气孔;未彻底熔化的氧化膜中的水分因受热分化分出氢构成的气孔,称为氧化膜气孔);因为冶金速度快焊缝金属晶粒粗大,焊接接头软化可使强度削减到达40%;铝合金熔点低而导热快,熔融金属流动性差而使焊缝成型不漂亮;受热面积大,加工材料简单变形而影响加工尺度精度。铝合金惯例焊接质量难以确保,且焊接速度难以满意批量生产要求。跟着激光加工使用普及化水平的进步,选用激光焊接铝合金,热输入量小且热源会集,特别是光纤激光器面世后,激光焊接铝合金的能量密度愈加会集,激光波长更短,高反射得到改进。经过激光填丝,激光-MIG复合焊,双光斑激光焊等工艺,可显着改进铝合金焊接的成型作用,且焊接质量得到改进。无论是何种焊接办法,铝合金焊接前预备工作是必不可少的,对铝合金的焊接质量影响很大。焊接前对铝合金件表面进行或擦试,以铲除表面所吸附的水或油等杂质。为避免工件在空气中被氧化,需求对工件进行机械打磨或化学处理并烘干,以赶快完结焊接。为了加速铝合金焊接时的熔池流动性,能够在铝合金工件焊接反面加垫铜板以改进焊缝成型。焊接时,选用Ar气维护,阻隔空气,能减小气孔的发生。  激光焊铝合金优化质量具体措施:铝合金激光焊接开端时,存在高反射现象,严峻影响材料对激光能量的吸收,而波长越短,材料对光的吸收就越好,因而,光纤激光比CO2激光对铝合金的吸收要好。光纤激光的光束形式也会比CO2激光好,能量密度愈加会集。一旦材料开端吸收光能,对液态金属对光的反射率就显着下降。选用双光斑激光焊,能够显着改进气孔率,首要是因为选用双光束进行焊接时,两束光构成一个相对较大的匙孔,进步了匙孔的安稳性,有利于气体的逸出;比较于串行双光束,选用并行双光束焊接时,熔池内部温度梯度更小,下降了液态金属凝结速度,延伸气泡的逸出时刻,有利于减小气孔倾向;并行双光束激光焊也能进步送丝的安稳性,对安稳焊接质量有利。 选用激光填丝焊,比较铝合金激光自熔焊,能够得到更好的成型。激光填丝焊能够兼容激光焊的高能量密度和填丝焊的高桥接才能,关于有必定空隙的焊缝,能够确保杰出的成型作用。并且经过不同的填充材料的挑选,能够对母材进行不同的化学冶金,起到必定合金元素弥补且强化的成效。选用激光复合焊,经过激光与电弧的复合,能够有用消除激光焊构成的等离子体的影响。经过光丝距离、吹气、焊视点等参数的调理,能够取得漂亮的焊缝,并且关于厚板无需开坡口或只需开小坡口就能够构成杰出的焊缝。 选用适宜的焊接工艺参数,能够确保焊接质量。图8为6061铝合金激光填丝焊接的激光功率和焊接速度的优化参数规模联系图。从该图中能够看到,激光功率和焊接速度的优化匹配参数曲线呈直线式上升,斜率根本坚持不变。每一个给定的激光功率值,在优化参数曲线上都有一个优化的焊接速度与之对应,且焊接速度可在必定规模内改变仍能取得成形质量好的焊缝,此区域归于焊接安稳区。在某一功率值时,当焊接速度过大,热输入变小,铝合金板材不能焊透,此刻焊接速度过大则向上超越安稳区规模,归于未熔透区;当焊接速度过小,热输入过大,熔池下塌严峻,此刻归于熔池崩塌区。要取得安稳的焊缝成型,需求匹配适宜的焊接工艺参数。(本文由武汉法利莱切焊系统工程有限责任公司高级工程师沈义供给,感谢作者的大力支持!)

  近几年快速发展的铝合金激光焊接技术将铝合金应用推广的更加广泛,该技术能够将两种热源的优点同时结合起来,同时又能弥补各自的不足,是一种新型的焊接方法,越来越备受人们的欢迎。1 铝合金及其焊接的概述铝和铝合金都具有非常优良的性能,比如比强度高、耐腐蚀性强,在许多的产业中都具有非常广泛的应用,尤其在国防工业、机械等产业,并且铝合金属于有色金属,在应用的过程中需要进行焊接,所以随着科学技术的飞速发展,铝合金的焊接技术的研究也越来越深入。因此,激光焊接技术是科学技术的一大进步。激光焊接技术的概述:激光焊接作为一种新型的焊接技术,焊接热源直接是激光,既可以避免能源的浪费,又可以大大地提高焊接的效率。同时,激光焊接把机器人或者是数控机床作为运动系统,减少人员的参与,可以减少劳动力的浪费,提高焊接的效率。激光热源除了具有可再生性和清洁无污染的优点之外,还可以高度的聚焦和良好性能的传输,因此可以将能量全部汇聚集中于一点,避免热量的散失和浪费。所以,激光焊接能够提高焊接的效率和速度以及焊接的质量。因为激光焊接的光束是通过脉冲或者连续的激光束来实现的,因此当激光束直接照射铝合金的表面时,能够把金属表面的热量迅速扩散到铝合金的内部,使铝合金快速的熔化形成一条焊缝,同时在融化后的金属上形成一种反作用力,较终将熔化的铝合金表面向下凹陷形成小孔。这个小孔具有强大的功效,可以全部吸收激光光束照射时产生的能量,并同时产生高温蒸汽,蒸汽压力与壁层表面的张力形成一种动态的平衡。1.1 激光焊接的功率激光焊接具有一定的功率,只有当焊接功率达到一定的高度时,才能让焊接得以稳定、持续的进行,否则焊接只能在铝合金的表面进行工作,使得铝合金表面发生熔化,从而焊接不能成功的进行。激光焊接的功率可以达到将铝合金表面以及内部全部焊接的高度,甚至比此还要高,所以激光焊接铝合金级可以提高效率和速度以及质量。1.2 激光焊接的速度因激光焊接功率高,所以焊接时速度也相应得到提高,焊接的速度不断提高能够使得熔深不断减小,相反,如果速度减慢,就会使铝合金被过度的焊接甚至被焊接穿透,因此,选择激光焊接可以降低焊接失败的比例从而大大降低焊接成本。1.3 激光焊接的优势提高能量密度、提高焊接质量、增加焊接的精度和密度、焊接的效率速度高、焊接成本较低、可以在特殊条件下进行焊接、焊接时对铝合金其他部位影响小。2 激光焊接在各个领域中的应用2.1 在石油管道中的应用在石油管道中,应用铝合金管道可以增加管道的口径、增厚石油管道的管道壁,让管道能够在一定时间内运输更多的石油。石油的运输具有非常高的危险性,如石油发生泄漏,会造成难以估计的财产损失、人员伤亡以及环境的污染和地下水的污染,因此铝合金管道在焊接时一定要特别注意,提高焊接的质量,激光焊接在此时就可以发挥巨大作用,通过激光焊接,可以控制符合焊接的工艺,可以在不用开坡口的前提下进行焊接的操作,焊接时一次成型,焊缝的质量高,充分的避免了石油泄漏的风险,提高了石油运输的安全性。2.2 在汽车制造业中的应用随着时代的高速发展和人们生活水平的日益高速化,出门乘坐汽车已经习以为常了,并且人们对于汽车的质量要求也越来越高,因此汽车工业也在不断地寻找新型的材料和技术手段提高汽车的质量,激光焊接技术在汽车工业中的到了越来越广泛地应用。美国较早将激光焊接铝合金技术引入到汽车制造业当中来,经过一系列的实验,激光焊接的铝合金制造出来的汽车,将薄铝合金激光焊接之后制造成型,不仅大大减轻了车身的重量,而且减少了制造汽车的工序,提高了制作效率,得到了广大汽车制造业的欢迎与青睐。2.3 在航空航天工业中的应用众所周知,航空航天工业需要高度精准高度准确的材料进行制造飞机等一系列航天器,并且对于机器本身的重量要求也是非常的严苛,用激光焊接的铝合金制造飞机等机器,能够使得机身比平时可减轻20%左右,制造成本也得到了大大降低。比如,德国共管的部件生产厂运用激光焊接铝合金技术生产出的A350系列飞机的零件取得了巨大的成功。3 激光焊接铝合金技术的难点3.1 铝合金表面对激光具有反射性因为铝合金是一种有色金属,对各种光线都具有很强烈的反射性,激光作为一种更加激烈的光束,在铝合金的表面更加容易造成反射,换句话说,铝合金这种有色金属对于激光具有高反射率和较小的吸收率。除此之外,金属都具有导热性,因此铝合金也具有很强的导热性,容易在用激光焊接的时候,反射激光或者是将激光的热量迅速导移出去,较终导致铝合金的焊接失败。因此,在激光焊接铝合金的时候,要严格注意并且迅速提高激光的功率密度,防止被反射或者被传导,争取在极端的时间用极高的密度对铝合金进行焊接,这样就可以避免反射性等问题的出现。3.2 在激光焊接铝合金时要做好充分的准备因为铝合金有活泼、易被氧化等特性,在其表面容易附着大量的灰尘水分等,因此在焊接的过程中,如果没有做好充足的准备,表面附着的东西容易随着激光的快速焊接留在铝合金表面,从而影响铝合金的质量和焊接的效果。因此,在对铝合金进行焊接之前,需要对铝合金表面进行清洁,将表面的油污等清理掉。同时防止在焊接时发生氧化作用造成爆炸等安全威胁,也需要对金属表面的氧化膜进行彻底的清洁,彻底除去氧化膜。4 铝合金的激光焊接存在的缺陷尽管激光焊接有高效率、高速度并且能够大量降低成本,激光焊接也存在着许多的缺点,只有将这些缺陷全部弄清楚并且解决了,才能够使得激光焊接铝合金技术得到更加广泛的应用。4.1 气孔的缺陷在上文中提出,适度的气孔能够保持铝合金的内外平衡,但是,过量的气泡就会存在大量的缺陷,避免出现大量气孔比较困难,出现大量气孔时气孔不稳定,在铝合金内部乱窜,容易使得焊接部位出现裂缝,所以清除气孔将是铝合金激光焊接技术需要突破的一大重要缺陷。4.2 热裂纹缺陷应用激光技术时,需要提高温度和密度以达到快速焊接的目的,这样容易在铝合金表面出现特裂纹,从而使得焊接失败,为了应对热裂纹,科学家们已经想出应对的办法,即在激光焊接时运用填充材料,但是这种方法容易导致资源的浪费和劳动力的大量耗费。采取更加简便的办法应对热裂纹也是该技术即将解决的一项重大问题。5 结束语铝合金的激光焊接速度存在大量的优点,在多种制造领域得到了广泛的应用,也提高了机器本身的质量和制造速度,但是激光焊接技术同样也存在许多的缺陷,导致焊接的失败,相信在科学家们的不断努力下,该焊接技术会越来越成熟,应用也越来越广泛。(浙江盾安禾田金属有限公司 俞德富 陈建军)

  铝合金及其焊接的概述铝和铝合金都具有非常优良的性能,比如比强度高、耐腐蚀性强,在许多的产业中都具有非常广泛的应用,尤其在国防工业、机械等产业,并且铝合金属于有色金属,在应用的过程中需要进行焊接,所以随着科学技术的飞速发展,铝合金的焊接技术的研究也越来越深入。因此,激光焊接技术是科学技术的一大进步。激光焊接作为一种新型的焊接技术,焊接热源直接是激光,既可以避免能源的浪费,又可以大大地提高焊接的效率。同时,激光焊接把机器人或者是数控机床作为运动系统,减少人员的参与,可以减少劳动力的浪费,提高焊接的效率。激光热源除了具有可再生性和清洁无污染的优点之外,还可以高度的聚焦和良好性能的传输,因此可以将能量全部汇聚集中于一点,避免热量的散失和浪费。所以,激光焊接能够提高焊接的效率和速度以及焊接的质量。因为激光焊接的光束是通过脉冲或者连续的激光束来实现的,因此当激光束直接照射铝合金的表面时,能够把金属表面的热量迅速扩散到铝合金的内部,使铝合金快速的熔化形成一条焊缝,同时在融化后的金属上形成一种反作用力,最终将熔化的铝合金表面向下凹陷形成小孔。这个小孔具有强大的功效,可以全部吸收激光光束照射时产生的能量,并同时产生高温蒸汽,蒸汽压力与壁层表面的张力形成一种动态的平衡。1、激光焊接的功率激光焊接具有一定的功率,只有当焊接功率达到一定的高度时,才能让焊接得以稳定、持续的进行,否则焊接只能在铝合金的表面进行工作,使得铝合金表面发生熔化,从而焊接不能成功的进行。激光焊接的功率可以达到将铝合金表面以及内部全部焊接的高度,甚至比此还要高,所以激光焊接铝合金级可以提高效率和速度以及质量。2、激光焊接的速度因激光焊接功率高,所以焊接时速度也相应得到提高,焊接的速度不断提高能够使得熔深不断减小,相反,如果速度减慢,就会使铝合金被过度的焊接甚至被焊接穿透,因此,选择激光焊接可以降低焊接失败的比例从而大大降低焊接成本。3、激光焊接的优势提高能量密度、提高焊接质量、增加焊接的精度和密度、焊接的效率速度高、焊接成本较低、可以在特殊条件下进行焊接、焊接时对铝合金其他部位影响小。激光焊接在各个领域中的应用1、在石油管道中的应用在石油管道中,应用铝合金管道可以增加管道的口径、增厚石油管道的管道壁,让管道能够在一定时间内运输更多的石油。石油的运输具有非常高的危险性,如石油发生泄漏,会造成难以估计的财产损失、人员伤亡以及环境的污染和地下水的污染,因此铝合金管道在焊接时一定要特别注意,提高焊接的质量,激光焊接在此时就可以发挥巨大作用,通过激光焊接,可以控制符合焊接的工艺,可以在不用开坡口的前提下进行焊接的操作,焊接时一次成型,焊缝的质量高,充分的避免了石油泄漏的风险,提高了石油运输的安全性。2、在汽车制造业中的应用随着时代的高速发展和人们生活水平的日益高速化,出门乘坐汽车已经习以为常了,并且人们对于汽车的质量要求也越来越高,因此汽车工业也在不断地寻找新型的材料和技术手段提高汽车的质量,激光焊接技术在汽车工业中的到了越来越广泛地应用。美国最先将激光焊接铝合金技术引入到汽车制造业当中来,经过一系列的实验,激光焊接的铝合金制造出来的汽车,将薄铝合金激光焊接之后制造成型,不仅大大减轻了车身的重量,而且减少了制造汽车的工序,提高了制作效率,得到了广大汽车制造业的欢迎与青睐。3、在航空航天工业中的应用众所周知,航空航天工业需要高度精准高度精确的材料进行制造飞机等一系列航天器,并且对于机器本身的重量要求也是非常的严苛,用激光焊接的铝合金制造飞机等机器,能够使得机身比平时可减轻20%左右,制造成本也得到了大大降低。比如,德国共管的部件生产厂运用激光焊接铝合金技术生产出的A350系列飞机的零件取得了巨大的成功。激光焊接铝合金技术的难点1、铝合金表面对激光具有反射性因为铝合金是一种有色金属,对各种光线都具有很强烈的反射性,激光作为一种更加激烈的光束,在铝合金的表面更加容易造成反射,换句话说,铝合金这种有色金属对于激光具有高反射率和较小的吸收率。除此之外,金属都具有导热性,因此铝合金也具有很强的导热性,容易在用激光焊接的时候,反射激光或者是将激光的热量迅速导移出去,最终导致铝合金的焊接失败。因此,在激光焊接铝合金的时候,要严格注意并且迅速提高激光的功率密度,防止被反射或者被传导,争取在极端的时间用极高的密度对铝合金进行焊接,这样就可以避免反射性等问题的出现。2、在激光焊接铝合金时要做好充分的准备因为铝合金有活泼、易被氧化等特性,在其表面容易附着大量的灰尘水分等,因此在焊接的过程中,如果没有做好充足的准备,表面附着的东西容易随着激光的快速焊接留在铝合金表面,从而影响铝合金的质量和焊接的效果。因此,在对铝合金进行焊接之前,需要对铝合金表面进行清洁,将表面的油污等清理掉。同时防止在焊接时发生氧化作用造成爆炸等安全威胁,也需要对金属表面的氧化膜进行彻底的清洁,彻底除去氧化膜。铝合金的激光焊接存在的缺陷尽管激光焊接有高效率、高速度并且能够大量降低成本,激光焊接也存在着许多的缺点,只有将这些缺陷全部弄清楚并且解决了,才能够使得激光焊接铝合金技术得到更加广泛的应用。1、气孔的缺陷在上文中提出,适度的气孔能够保持铝合金的内外平衡,但是,过量的气泡就会存在大量的缺陷,避免出现大量气孔比较困难,出现大量气孔时气孔不稳定,在铝合金内部乱窜,容易使得焊接部位出现裂缝,所以清除气孔将是铝合金激光焊接技术需要突破的一大重要缺陷。2、热裂纹缺陷应用激光技术时,需要提高温度和密度以达到快速焊接的目的,这样容易在铝合金表面出现特裂纹,从而使得焊接失败,为了应对热裂纹,科学家们已经想出应对的办法,即在激光焊接时运用填充材料,但是这种方法容易导致资源的浪费和劳动力的大量耗费。采取更加简便的办法应对热裂纹也是该技术即将解决的一项重大问题。铝合金的激光焊接速度存在大量的优点,在多种制造领域得到了广泛的应用,也提高了机器本身的质量和制造速度,但是激光焊接技术同样也存在许多的缺陷,导致焊接的失败,相信在科学家们的不断努力下,该焊接技术会越来越成熟,应用也越来越广泛。

  1、铝合金使用特性铝合金因原料轻,耐腐蚀,低温功用和机械归纳功用好而广泛使用于航空、航天、轿车、机械制作、船只及化学工业等很多范畴。跟着近年国家对节能经济的寻求,铝合金的需求又上了一个台阶。现在,轿车行业中适用铝合金首要有Al-Mg(5000系列)、Al-Mg-Si(6000系列)及Al-Mg-Zn(7000系列)三大系列,轿车外壳多用耐蚀可焊的5000系合金,而梁柱等强度要求较高的部位则用6000系或7000系合金。研讨标明,选用铝合金材料恰当减轻轿车的分量能够把油耗下降37%;悬挂设备的负荷下降18%;振荡强度下降5%。在各大轿车厂加大对铝合金加工研发与制作投入的一起,铝合金的焊接又成为一个不得不处理好的根底问题。2、铝合金的焊接特性现在,首要选用TIG焊、MIG焊等惯例办法来焊接铝合金。选用惯例办法焊接,热输入量大导致焊缝广大且熔深较浅,铝合金导热快,冶金时高温溶解很多的氢来不及溢出发生孔(溶入熔池中的氢分出构成的气孔,称为冶金气孔;未彻底熔化的氧化膜中的水分因受热分化分出氢构成的气孔,称为氧化膜气孔);因为冶金速度快焊缝金属晶粒粗大,焊接接头软化可使强度削减到达40%;铝合金熔点低而导热快,熔融金属流动性差而使焊缝成型不漂亮;受热面积大,加工材料简单变形而影响加工尺度精度。铝合金惯例焊接质量难以确保,且焊接速度难以满意批量出产要求。跟着激光加工使用普及化水平的进步,选用激光焊接铝合金,热输入量小且热源会集,特别是光纤激光器面世后,激光焊接铝合金的能量密度愈加会集,激光波长更短,高反射得到改进。经过激光填丝,激光-MIG复合焊,双光斑激光焊等工艺,可显着改进铝合金焊接的成型作用,且焊接质量得到改进。无论是何种焊接办法,铝合金焊接前准备工作是必不可少的,对铝合金的焊接质量影响很大。焊接前对铝合金件表面进行或擦试,以铲除表面所吸附的水或油等杂质。为避免工件在空气中被氧化,需求对工件进行机械打磨或化学处理并烘干,以赶快完结焊接。为了加速铝合金焊接时的熔池流动性,能够在铝合金工件焊接反面加垫铜板以改进焊缝成型。焊接时,选用Ar气维护,阻隔空气,能减小气孔的发生。3、激光焊铝合金优化质量具体措施铝合金激光焊接开端时,存在高反射现象,严峻影响材料对激光能量的吸收,而波长越短,材料对光的吸收就越好,因而,光纤激光比CO2激光对铝合金的吸收要好。光纤激光的光束形式也会比CO2激光好,能量密度愈加会集。一旦材料开端吸收光能,对液态金属对光的反射率就显着下降。选用双光斑激光焊,能够显着改进气孔率,首要是因为选用双光束进行焊接时,两束光构成一个相对较大的匙孔,进步了匙孔的安稳性,有利于气体的逸出;比较于串行双光束,选用并行双光束焊接时,熔池内部温度梯度更小,下降了液态金属凝结速度,延伸气泡的逸出时刻,有利于减小气孔倾向;并行双光束激光焊也能进步送丝的安稳性,对安稳焊接质量有利。选用激光填丝焊,比较铝合金激光自熔焊,能够得到更好的成型。激光填丝焊能够兼容激光焊的高能量密度和填丝焊的高桥接才能,关于有必定空隙的焊缝,能够确保杰出的成型作用。并且经过不同的填充材料的挑选,能够对母材进行不同的化学冶金,起到必定合金元素弥补且强化的成效。选用激光复合焊,经过激光与电弧的复合,能够有用消除激光焊构成的等离子体的影响。经过光丝距离、吹气、焊视点等参数的调理,能够取得漂亮的焊缝,并且关于厚板无需开坡口或只需开小坡口就能够构成杰出的焊缝。选用功用强壮的激光头,能够安稳焊接质量。跟着激光加工的深化开发,功用越来越强壮的激光头得到快速的使用。现在由Scansonic和HighYAG所研发的激光头,能够在必定规模内上下左右起浮而不改动光斑巨细,也不影响光丝合作,十分利于大批量的出产使用,能改进材料因加工而发生的少数尺度误差而引起的焊接缺点。选用适宜的焊接工艺参数,能够确保焊接质量。图8为6061铝合金激光填丝焊接的激光功率和焊接速度的优化参数规模联系图。从该图中能够看到,激光功率和焊接速度的优化匹配参数曲线呈直线式上升,斜率根本坚持不变。每一个给定的激光功率值,在优化参数曲线上都有一个优化的焊接速度与之对应,且焊接速度可在必定规模内改变仍能取得成形质量好的焊缝,此区域归于焊接安稳区。在某一功率值时,当焊接速度过大,热输入变小,铝合金板材不能焊透,此刻焊接速度过大则向上超越安稳区规模,归于未熔透区;当焊接速度过小,热输入过大,熔池下塌严峻,此刻归于熔池崩塌区。要取得安稳的焊缝成型,需求匹合作适的焊接工艺参数。

  导读 陶瓷新材料基本应用于高精密要求的产品中,然而传统的接触式切割方式已经无法满足现今应用的精密需求和日益增长的产量需求,更重要的是陶瓷新材料的薄脆的特性容易碎裂。 小米最新发布的小米mix2的全面屏+全陶瓷概念的手机火遍了整个全中国,特别是全陶瓷的概念受到了各大烧机爱好者的热力追捧。作为三观正常的我们来理解,陶瓷在我们日常生活中只是用来吃饭、喝水。那么,我们的想法就大错特错。现代科技对于陶瓷材料的不断研究,使得陶瓷不仅仅用于生活器皿,像手机背板、传感器的基材、电路板的基材等等生活的方方面面都会用到。新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面,有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等;在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等;在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能;在生物方面,具有一定生物相容性能,可作为生物结构材料等。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。氧化锆陶瓷就是现今应用的最多的一种陶瓷新材料,在新工艺的陶瓷生产中加入氧化锆(ZrO2)烧制而成,其优异的耐高温性能作为感应加热管、耐火材料、发热元件使用,同时氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性,优异的隔热性能,热膨胀系数接近于钢等优点,因此被广泛应用于热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域。压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷,哪怕是像声波震动产生的微小的压力也能够使它们发生形变,从而使陶瓷表面带电。用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机,能够连续打火几万次。PCB陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面(单面或双面)上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能,高导热特性,优异的软钎焊性和高的附着强度,并可以像PCB板一样能刻蚀出各种图形,具有很大的载流能力。上述陶瓷新材料基本应用于高精密要求的产品中,然而传统的接触式切割方式已经无法满足现今应用的精密需求和日益增长的产量需求,更重要的是陶瓷新材料的薄脆的特性容易碎裂。激光技术以它优异的性能优势打破了陶瓷新材料的加工壁垒。激光技术主要优势如下: 1、精密度高:激光束可以聚焦到很小的尺寸,因而特别适合于精密加工。激光精密加工质量的影响因素少,加工精度高,在一般情况下均优于其它传统的加工方法; 2、高速便捷:激光精密加工操作简单,切缝宽度方便调控,可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割、加工速度快,加工周期比其它方法均要短; 3、安全可靠:激光精密加工属于非接触加工,不会对材料造成机械挤压或机械应力; 4、加工成本低:不受加工数量的限制,对于小批量加工服务,激光加工更加便宜。激光加工不需任何模具制造,而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边,可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次; 5、工艺水平高:激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm,切割面无毛刺,速度快、能量集中,因此传到被切割材料上的热量小,引起材料的变形也非常小。 精密光纤激光切割机就可以对这类陶瓷新材料进行精密加工,它具有光束质量好、聚焦光斑小、功率分布均匀、热效应小、切缝宽度小、切割质量高等优点。

  一、铝合金焊接技能铝合金具有高比强度、高疲劳强度以及杰出的断裂韧性和较低的裂纹扩展率,一起还具有优秀的成形工艺性和杰出的抗腐蚀性,在航空、航天、轿车、机械制作、船只及化学工业中已被许多运用。铝合金的广泛运用促进了铝合金焊接技能的开展,一起焊接技能的开展又拓宽了铝合金的运用范畴。不过,铝合金自身的特性使得其相关的焊接技能面临着一些亟待解决的问题:表面难熔的氧化膜、接头软化、易发作气孔、简单热变形以及热导率过大等。传统的铝合金焊接一般选用TIG焊或MIG焊工艺,尽管这两种焊接办法能量密度较大,焊接铝合金时能取得杰出的接头,但仍然存在熔透才能差、焊接变形大、出产功率低一级缺点,所以人们开端寻求新的焊接办法,20世纪中后期激光技能逐步开端运用于工业。欧洲空中客车公司出产的A340飞机机身,就选用激光焊接技能替代原有的铆接工艺,使机身的分量减轻18%左右,制作本钱下降了近25%。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技能的开发和运用。这些成功的案例大大促进对激光焊接铝合金的研讨,激光技能已经成为了未来铝合金焊接技能的首要开展方向。激光焊接具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等长处,使其在铝合金焊接范畴遭到分外的注重。二、铝合金激光焊接的问题和对策1.铝合金表面的高反射性和高导热性这一特色能够用铝合金的微观结构来解说。因为铝合金中存在密度很大的自由电子,自由电子遭到激光(激烈的电磁波)逼迫轰动而发作次级电磁波,构成激烈的反射波和较弱的透射波,因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小的吸收率。一起,自由电子的布朗运动受激而变得更为剧烈,所以铝合金也具有很高的导热性。针对铝合金对激光的高反射性,国内外已作了许多研讨,实验结果表明,进行恰当的表面预处理如喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等均能够下降光束反射,有效地增大铝合金对光束能量的吸收。别的,从焊接结构规划方面考虑,在铝合金表面人工制孔或选用光收集器方式接头,开V形坡口或选用拼焊(拼接空隙相当于人工制孔)办法,都能够添加铝合金对激光的吸收,取得较大的熔深。别的,还能够运用合理规划焊接缝隙来添加铝合金表面对激光能量的吸收。2.小孔效应及等离子体对铝合金激光焊接的影响在铝合金激光焊接进程中,小孔的呈现能够大大进步材料对激光的吸收率,焊接能够取得更多的能量,而铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸腾且蒸汽压大,尽管这有助于小孔的构成,但等离子体的冷却作用(等离子体对能量的屏蔽和吸收,削减了激光对母材的能量输入)使得等离子体自身过热,却阻止了小孔保持接连存在,简单发作气孔等焊接缺点,然后影响焊接成形和接头的力学性能,所以小孔的诱导和安稳成为确保激光焊接质量的一个要点。因为铝合金的高反射性和高导热性,要诱导小孔的构成就需要激光有更高的能量密度。因为能量密度阈值的凹凸本质上受其合金成分的操控,因而能够经过操控工艺参数,挑选断定激光功率确保适宜的热输入量,来取得安稳的焊接进程。别的,能量密度阈值必定程度上还遭到维护气体品种的影响。例如,激光焊接铝合金时运用N2气时可较简单地诱导出小孔,而运用He气则不能诱导出小孔。这是因为N2和Al之间可发作放热反应,生成的Al-N-O三元化合物进步了对激光吸收率。3.气孔问题铝合金品种不同,发作的气孔类型也不同。一般以为,铝合金在焊接进程中发作以下几类气孔。1)孔。铝合金在有氢的环境中熔化后,其内部的含氢量可到达0.69ml/100g以上。但凝结今后,其平衡状态下的溶氢才能较多只要0.036ml/100g,两者相差近20倍。因而,在由液态向固态改动的进程中,液态铝中剩余的必定要分出。假如分出的氢不能顺畅上浮逸出,就会聚集成气泡残留在固态铝合金成为气孔。2)维护气体发作的气孔。在高能激光焊接铝合金的进程中,因为熔池底部小孔前沿金属的激烈蒸腾,使维护气体被卷进熔池构成气泡,当气泡来不及逸出而残留在固态铝合金中即成为气孔。3)小孔陷落发作的气孔。在激光焊接进程中,当表面张力大于蒸气压力时,小孔将不能保持安稳而陷落,金属来不及填充就构成了孔洞。对削减或防止铝合金激光焊接中的气孔缺点也有许多实践办法,如调整激光功率波形,削减小孔不安稳陷落,改动光束焦点高度和歪斜照耀,在焊接进程时施加电磁经场作用以及在真空中进行焊接等。近几年来,又呈现了选用填丝或预置合金粉未、复合热源和双焦点技能来削减气孔发作的工艺,有不错的作用。4.裂纹问题铝合金归于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝结下更简单发作热裂纹,焊缝金属结晶时在柱状晶鸿沟构成AL-Si或Mg-Si等低熔点共晶是导致裂纹发作的原因。为削减热裂纹,能够选用填丝或预置合金粉未等办法进行激光焊接。经过调整激光波形,操控热输入也能够削减结晶裂纹。三、铝合金激光焊接的开展前景铝合金激光焊接较为人引人重视的特色是其高功率,而要充分发挥这种高功率就是把它运用到大厚度深熔焊接中。因而,研讨和运用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来开展的必然趋势。大厚度深熔焊愈加突出了小孔现象及对焊缝气孔的影响,因而小孔构成机理及操控变得愈加,它必将成为业界一起关怀和研讨的热点问题。改进激光焊接进程的安稳性和焊缝成形、进步焊接质量是人们寻求的方针。因而,激光-电弧复合工艺、填丝激光焊接、预置粉未激光焊接、双焦点技能以及光束整形等新技能将会得到进一步完善和开展。

  一、激光晶体的重要性及其远景六十年代激光器的呈现,创始了光学范畴的簇新局势,促进了光电技能的进程和展开。激光技能是光电子技能的中心组成部分,而激光晶体是激光器的作业物质。自1960年第一台红宝石激光器面世今后,人们对激光作业物质进行了广泛深化的研讨与探究。固体激光晶体阅历了六十年代的起步,七十年代的探究,八十年代的展开过程,固体激光晶体己从开始几种基质晶体展开到常见的数十种。作为固体激光器的主体,激光晶体展开成固体激光技能的重要支柱。正是因为激光晶体具有如此的重要性,才使其成为具有宽广展开远景的固体激光材料。依据国外有关资料,世界激光器具有持续安稳增加的商场远景。多年来各国政府在拨款方面逐步削减,迫使各厂商尽力开发民用产品,选用新技能和降低成本的办法,并结合用户商场的需求开发新产品,特别自1996丰以来,激光器商场,包含材料加工、医疗、通讯等敏捷扩展,供应持续安稳的增加。据BCC公司的计算标明,按均匀年增加12.1%计,仅美国激光材料和元部件商场从1996年的4.763亿美元将到达2000年的7.653亿美元。二十一世纪是信息化的世纪,光电子技能是信息社会展开的强壮推进力,因而,光电子工业一向被认为是下世纪的重要支柱工业。特别是许多传统工业在金融风暴的冲击下纷繁不支倒地,更使微电子和光电子等高科技工业支撑经济增加的人物日益突出。在近二十年内,光电子工业将以30-60%的年均匀速度展开,而材料的研讨和开发是光电子技能展开的先导和根底,因而具有宽广的展开远景。作为重要的光电子材料,激光晶体从科学研讨到工业出产,参军用到民用,运用规模很广。现在90%左右的激光晶体是掺入稀土作为激活离子的。因而,稀土在激光晶体中现已成为一族很重要的元素。由此可见,激光晶体的巨大展开将推进稀土的广泛运用。 二、稀土在激光晶体中的运用激光晶体是由晶体基质和激活离子组成。激光晶体的激光功能与晶体基质、激活离子的特性联系极大。现在已知的激光晶体,大致能够分为氟化物晶体、含氧酸盐晶体和氧化物晶体三大类。激活离子可分为过渡金属离子、稀土离子及锕系离子。现在已知的约320种激光晶体中,约290种是掺入稀土作为激活离子的。可见稀土在展开激光晶体材料中的重要作用。在稀土元素中已完成激光输出的有Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb共11个三价离子和Sm、Dy、Tm三个二价离子。稀土的激光功能是因为稀土离子的4f电子在不同能级之间的跃迁而发生的。因为许多稀土离子具有丰厚的能级和他们的4f电子的跃迁,使稀土成为激光晶体不行短少的激活离子,为高新科技供给了许多功能优越的高功率、LD泵浦、可调谐、新波长等掺稀土激光晶体。高功率掺稀土激光晶体首要有掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺钕铝酸钇(Nd:YAP)、掺铝钆稼石榴石(Nd:GGG)和掺钕铝酸镁镧(Nd:LMA)等。其间,Nd:YAG最重要,运用最广,用量最大。国外早已投入出产,在美国Nd:YAG晶体现已商品化,新产品质量安稳,占据世界大部分商场。可调谐激光晶体相同很有目共睹。运用Ce离子的宽带跃迁,从Ce:YLF和Ce:LaF3等晶体中取得可调谐的紫外激光。现在最为有用的和可接连调谐的紫外激光晶体是Ce:LiCAF、Ce:LiSAF。用于LD泵浦激光器的晶体首要有Nd:YVO4、Nd:YAG、Nd:YLF等,其它适宜的泵浦的晶体还有Yb:YAG等。我国的YVO4、Nd:YVO4晶体均已享誉世界商场,据估计其产品现在占世界商场的l/3。在稀土激活离子中常用的是Nd离子,它输出波长为1.06μm。多年来人们一向在进行新波长激光晶体的探究作业。其间比较成功并取得实践运用的有掺Er和Ho的激光晶体。这些晶体输出的波长对人眼安全,大气传输特性好,对战场的烟雾穿透才干强,保密性好,合适军用。并且其波长简单被水吸收,更合适于激光医疗,在表面脱水和生物工程等方面,也将取得运用。现在我国对Ho:Cr:Tm:YAG、Er:YAG和Ho:Er:Tm:YLF已有小批量试制才干,但末构成批量产品。 三、稀土的展开远景 1、稀土在晶体中的运用远景Nd:YAG晶体具有光学均匀性好,机械强度高,物化功能安稳,导热系数高,激光功能杰出及成长工艺老练等长处。正是因为Nd:YAG晶体具有这些优秀的功能,并可在室温下可完成脉冲和接连等多种方法的作业,所以它在军事、工业和医疗等方面取得了广泛的运用,是现在固体激光材料中用量最大的激光晶体。在军事方面,Nd:YAG晶体是运用最广泛的固体激光器的作业物质,是军用固体激光技能的支柱。现在90%以上的军用固体激光器是以Nd:YAG激光晶体为作业物质的。在工业范畴,Nd:YAG晶体因为能取得高功率激光输出而广泛运用于材料加工。全世界用于材料加工的激光器供应额持续增加,其间高功率激光器的供应坚持微弱气势,其首要原因是全世界轿车制造商持续推出新类型,零部件更多选用激光加工,并且激光加工逐步从运用C02激光器转向选用Nd:YAG激光器。依据LaserFocusWorld的计算,1997年全世界用于材料加工的Nd:YAG激光器,供应额为1.17亿美元,1998年用于材料加工的Nd:YAG激光器,供应额2.89亿美元,1999年用于材料加工的Nd:YAG激光器,供应额估计增加8%,达3.12亿美元。医学和医疗范畴,也一向是Nd:YAG激光器的重要运用之一,在所有激光医疗设备中,Nd:YAG激光医疗设备都得到广泛的运用。这不只因其重复频率和均匀功率较高。更首要是其1.06μm波长可用石英光纤导光,因而能够被柔软的传输线传输功率。依据LaserFocusWorld的计算,全世界固体激光器在医疗方面的运用,1997年供应额为1.59亿美元,1998年供应额为2.7亿美元,1999年供应额估计达3.1亿美元。2、稀土在泵浦激光晶体中的运用远景八十年代半导体激光器(LD)取得了重大进展,成为固体激光器的一种新式泵浦源。可用二极管泵浦的激光晶体多种多样,除了传统的激光基质YAG、YLF外,还有高增益YV04等,激活离子除传统Nd离于外,还有Yb、Ho、Tm、Er离子等。Yb:YAG具有许多特色合适高功率LD泵浦,有或许展开成为重要的大功率LD泵浦用激光材料。Yb:S-FAP晶体将来有或许用于激光核聚变的激光材料,引起人们的重视。Tm:YAG、Ho,Tm:YLF、Ho,:YLF激光晶体的发射波长合适在军事上运用。3、稀土在可调谐激光晶体中的展开远景掺稀土的可调谐激光晶体中除上述的晶体以外,还有Cr,Yb,Ho:YSGG激光晶体等。Cr,Yb,Ho:YAGG激光晶体的波长在2.84-3.05μm之间接连可调。据计算世界上用的红外寻弹头大部分是选用3-5μm的中波红外勘探器,因而研发Cr,Yb,Ho:YSGG激光晶体,可关于中红外制导武器对立供给有用的搅扰源,具有深远的军事含义。别的,3-5μm的红外光能够用来远距离勘探化学物质,因而可用于反化学战和环境保护。4、稀土在新波长激光晶体中的运用远景稳固展开已有的产品,如Ho:Cr:Tm:YAG、Ho:Er:Tm:YLF、Er:YAG等,进一步进步晶体质量,完成大批量出产。一起要持续加强开辟运用价值大的激光新波段。 四、领会和主张我国较早地展开了激光晶体的研讨与出产,其间华北光电技能研讨所是首要单位。华北光电技能研讨所长时间承当军工研讨使命,具有雄厚的科研才干,具有很强的产品开发才干,不只在科研上取得许多效果,并且在科研效果的转化上也作出了很大的成果。所取得的最重要的科研效果Nd:YAG激光晶体己转化为产品,1985年经过JYN-1型Nd:YAG激光棒规划定型判定,成长的毛坯直径为30-35mm,1991年经过JYN-3型Nd:YAG激光棒规划定型判定,成长的毛坯直径到达由40-45mm。而现在华北光电子技能研讨所成长的Nd:YAG除毛坯直径到达55-60mm,长度为210mm,并己开始构成规模化出产成为供应国内外的重要产品。 在如前所述的激光晶体杰出展开远景下,进一步开辟稀土产品的国内外商场,建立我国在世界稀土方面的位置,显得尤为重要。我国具有丰厚的稀土矿产资源,在世界上享有必定的位置,适当部分的稀土产品出口在世界上具有必定的竞争力。因而在这样较高的展开起点上,我国稀土供应商有必要争夺自动,大力开发稀土氧化物的出产,除了满意国内商场需求外,还应活跃开发国外商场,推进我国稀土工作的展开,只要这样才干稳固我国已具有的稀土重要出产基地的位置,才干展开成为重要的稀土产品出口商。

  铝合金激光焊接较为引人关注的特点是其高效率,而要充分发挥这种高效率就要把它运用到大厚度深熔焊接中。因此,研究和使用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来发展的必然趋势。大厚度深熔焊更加突出了小孔现象及其对焊缝气孔的影响,因此小孔形成机理及其控制变得更加重要,它必将成为未来学术界及工业界共同关心和研究的热点问题。改善激光焊接过程的稳定性和焊缝成形、提高焊接质量是人们追求的目标。因此,激光-电弧复合工艺、填丝激光焊接、预置粉末激光焊接、双焦点技术以及光束整形等新技术将会得到进一步的完善和发展。 另外,有人发现在CO2激光焊接熔池中存在几安培的固有电流,焊接区的外加磁场会影响熔池的流动状态以及光致等离子体的形态和稳定性。因此,采用某种形式的磁场有可能改善铝合金激光焊接过程的稳定性和焊缝质量。所以,采用辅助电流,通过其形成的电磁力控制熔池流动状态,从而改善焊接过程的稳定性,提高焊缝质量,也可能会受到更多研究者的关注。

  蓝宝石Sapphire源于拉了文Spphins,代表蓝色,象征忠诚、坚贞、仁爱和诚信。蓝宝石因闪耀美丽的颜色、晶宝剔透的外观,被古代人们视为神秘的超自然的宝石,意为吉祥之物。世界上大部分蓝宝石主要分布在澳大利亚、泰国、老掛、柬墙寨、越南。1957年,美国贝尔实验室成功用水热法合成红蓝宝石,我国在1999年成功地用水热法合成出蓝宝石。当前宝玉石界面临的一项迫切任务是天然宝玉石和人工合成、优化宝玉石的鉴别。一些传统的宝石鉴定仪器及鉴定方法已难以满足珠宝鉴定的要求。困难在于,合成宝石具有同天然宝石一样的化学成分和晶体结构,因此也具有同天然宝石一样的物理性质。从化学成分和物理性质上讲,它们是真正的宝石(一些物理性质还优于天然宝石)。但宝石其价值不仅取决于其品质,还与产出量及不可再生性有关。合成宝石生产的途径不同因而价值亦大不相同。 天然和合成蓝宝石从外观上看,合成蓝宝石的颜色更加均匀,但部分合成;蓝宝石因颜色过深,肉眼上看透明度有所降低。天然的蓝宝石内部裂隙都较多,并且存在天然角状色带、深色或无色的晶体包体。而合成蓝宝石内部总体较干净,大部分都能看到气泡,弯曲生长纹不明显。激光拉曼光谱仪,作为一种微区无损分析和红外吸收光谱的互补技术,拉曼光谱能迅速判断出宝玉石中分子振动的固有频率,判断分子的对成性、分子内部作用力的大小及一般分子动力学的性质,成为宝石鉴定工作者一种新型有效的分析手段。下图是天然(a)和人造蓝宝石(b)的拉曼谱图,拉曼特征峰有明显的差别,天然蓝宝石具有191cm-1,241cm-1,341cm-1谱峰,而人造蓝宝石则没有,可以准确判别天然和人造蓝宝石。  目前市场上已有便携式激光拉曼智能检测仪,专为珠宝玉石鉴定设计,可对市面上大多数珠宝玉石,以及相关填充物和仿冒品进行快速鉴定。

  跟着手机、平板电脑、笔记本等消费类电子产品的更新开展,很多新工艺、新材料、新结构得到了运用,而铝合金具有质量轻、强度高、耐腐蚀、成型性好等长处,被广泛运用于制造各种消费类电子产品结构件,并选用激光脉冲点焊工艺进一步加工。在运用激光进行脉冲点焊时,焊点极易发生裂纹,构成焊接强度下降,稳定性也大大下降。传统的CO2、YAG等接连激光器焊接铝合金尽管能够防止裂纹的发生,可是传统激光器光束质量差、体积巨大、维护费用高、光电转化功率低,在必定程度上约束了其在消费类电子产品上的运用。尤其是消费类电子产品的结构件都具有厚度薄、体积小、精度高级特色,选用传统接连激光器焊接时易发生变形大、焊穿、烧熔等问题。   光纤激光器的快速开展为处理这一难题带来了关键,光纤激光器诞生于20世纪60年代,受其时技能条件约束,开展比较缓慢。自1988年Snitzer等人提出双包层光纤以来,依据这种包层泵浦技能的光纤激光器和放大器获得了快速开展,光纤激光器的输出功率水平快速进步,并广泛运用于高精度激光加工、激光医疗、光通信及国防等范畴。   相对于传统激光器,光纤激光器光束质量好、体积小、精度高、光电转化功率高。在焊接消费类电子产品的铝合金结构件时,能够很好地防止传统激光器焊接时存在的一些缺点和问题。在此将光纤激光器和在消费类电子产品铝合金结构件上运用广泛的脉冲激光器进行比照研讨,以断定光纤激光器是否能够成功运用于此类产品上。   试验材料和设备   (1)试验材料   试验选取了具有代表性的5052铝合金作为材料,并分析其化学成分,成果如表1所示。材料厚度为0.8mm,焊接接头为搭接接头。   (2)试验设备   试验所用脉冲激光器为YAG灯泵功率反应脉冲激光器,激光器功率300W,其外观如图1所示。光纤激光器选用单模光纤激光器,激光功率500W,外观如图2所示。  图1:YAG脉冲激光焊接机  图2:500W光纤激光器   试验进程中选用金相分析法评价焊接质量,经过拉力测验评价焊接强度,并经过丈量焊后工件外观尺度的办法评价焊接变形。试验中的焊接参数如表1、表2所示。  焊接缺点   铝合金激光焊接的首要缺点是气孔和裂纹,这点在脉冲激光焊接时表现得尤为显着。一般以为铝合金激光焊接发生的气孔首要是孔和低熔沸点合金元素蒸腾导致的气孔。铝合金线膨胀系数高,焊接应力大,又是共晶型合金,易发生热裂纹。尤其是激光脉冲点焊时,单个脉冲效果时刻短,热循环速度快,裂纹倾向很大。而选用光纤激光器接连缝焊铝合金时,因为熔池存在时刻大大延伸,改进了焊接应力以及低熔点物质对焊接裂纹的影响,极大地削减了焊接进程中发生裂纹的倾向。一起,熔池存在时刻的延伸也有利于熔池中气体的排出,削减焊接气孔的构成。  图3:脉冲激光器铝合金点焊焊点与光纤激光器缝焊焊缝金比较照   脉冲激光器铝合金点焊焊点与光纤激光器缝焊焊缝金比较照如图3所示,由图3可知,光纤激光器接连缝焊条件下,裂纹和气孔都得到了显着的改进。强度和稳定性   焊接裂纹会显着下降焊接接头的强度,对产品的实用性和可靠性有巨大影响,是较有损害的焊接缺点之一。铝合金脉冲激光点焊时,裂纹是影响焊接强度的一个重要因素,因为裂纹的不可防止性以及不规律性,构成铝合金点焊的强度远远低于材料自身的强度,而且各个焊接产品之间的强度差异也很大,稳定性较差。而光纤激光器接连焊接方法焊接铝合金能够防止焊接裂纹的发生,有用进步焊缝的强度和稳定性。   光纤激光器和脉冲激光器焊接同一铝合金产品的焊接拉力进行比照。经核算,光纤激光器的均匀拉力是脉冲激光器的3.9倍,而拉力数据的标准偏差只要脉冲激光器的1/3。结合图3的金相分析可知,光纤激光器的焊缝结合部位的宽度比脉冲点焊小得多,可是拉力能到达脉冲激光器的近4倍,这是因为:(1)光纤激光器焊缝在长度方向上仍有延伸,实践的有用结合面积并不比脉冲焊点小;(2)脉冲焊点的气孔和裂纹等焊接缺点构成其焊接强度远低于母材强度,而光纤激光器焊缝的强度挨近母材。因而,光纤激光器在焊接该类型产品时,比较脉冲激光器能够有用进步强度和稳定性。   焊接功率   因为光纤激光器缝焊的拉力大大高于脉冲激光点焊,这为进步焊接功率供给了空间,经过减小焊缝条数和焊缝长度,能够在较高的焊接功率条件下,完成与脉冲激光点焊相同乃至更高的焊接拉力。   在实践操作进程中,经过合理优化焊接参数、焊缝条数、长度以及焊接方位等,光纤激光器分段接连缝焊工艺完全能够代替原有的脉冲激光点焊工艺。依据实践出产中的统计数据,该工艺获得了原有脉冲激光点焊工艺3倍以上的出产功率,一起,将焊接拉力进步到原有脉冲激光点焊工艺的1.5倍以上。   焊接变形   铝合金线膨胀系数大,易发生焊接变形。激光焊接铝合金的变形量相对较小,可是在焊接IT构件类精细程度较高的产品时,即便细小的变形仍然会发生较大的影响,需求进行防备操控。一般选用传统接连激光器进行缝焊的热输入量都要大于脉冲激光点焊,因而变形量也会比脉冲激光点焊大。而光纤激光器因为具有优异的光束质量,光斑更小,能量更会集,能够以更快的速度和更小的热输入量进行焊接,因而产品变形相对传统接连激光器更小。   因为光纤激光器具有上述特色,一起光纤激光器焊接铝合金IT构件产品时的强度远高于脉冲激光器,经过合理优化光纤激光器的焊接参数、焊缝条数、焊缝长度以及散布方位,在满意工件的强度要求的一起,削减了焊接进程中注入工件的全体热量,以到达进一步减小工件焊接热变形的意图。经丈量,光纤激光器缝焊工件的全体焊接变形量超出脉冲激光点焊3.5%,相对脉冲激光点焊工艺差异不显着,能够满意实践需求。   产品外观   IT构件类产品对外观都有较高的要求,而铝合金材料受元素偏析、表面粗糙度、氧化层等影响,构成工件表面激光吸收率不一致,这种现象对激光脉冲点焊影响较大。选用脉冲激光点焊时简单呈现未焊合、飞溅、烟尘等问题,影响产品外观和功能,需求进行二次整理。 图4:脉冲激光器点焊与光纤激光器缝焊外观比照   脉冲激光器点焊焊点与光纤激光器缝焊焊缝的外观比照如图4所示。光纤激光器接连缝焊铝合金时,焊接进程愈加平稳,不易发生飞溅和烟尘,无需进行二次整理,在外观和工序上均优于脉冲激光器。   定论   (1)选用光纤激光器接连缝焊铝合金IT构件产品能够防止脉冲激光点焊经常呈现的焊接裂纹、气孔等缺点,大大进步了焊接强度及其稳定性。   (2)经过优化光纤激光器的焊接参数、焊缝条数、焊缝长度以及散布方位,能够减小焊接变形,进步出产功率。   (3)光纤激光器焊接铝合金IT构件时,焊缝滑润漂亮,不易发生飞溅、烟尘等,不需求进行二次整理,削减了出产工序。   (4)光纤激光器的分段缝焊工艺在焊接强度、全体外观、出产功率等方面均优于脉冲激光器的点焊工艺,而且在变形量与脉冲激光器适当,完全能够替代普通脉冲激光器在铝合金IT构件产品上的运用,具有较高的运用价值。

  摘要:介绍激光技术在铝合金铸造过程中液位自动控制方面的应用,以及对提高扁锭质量的作用。 关键词:铝合金;铸造;激光技术;液位控制;定位 随着铝加工业的发展,各铝加工企业和研究机构致力于提高铸锭表面质量的研究,使铸锭表面尽可能平整光滑,减少或消除粗晶层、偏析瘤等表面缺陷,减少铸锭厚差,底部翘曲和肿胀等。使扁铸锭在热轧前尽可能少铣面或不铣面,以提高成才率。铝合金铸造技术的新进展和有前途的技术是:脉冲水冷和加气铸造,电磁铸造,液位自动控制技术,可调结晶器等相关技术。2002年我公司从德国洛伊热工业公司引进先进的全自动水冷25t铸造机。此台铸造机应用了脉冲水冷、激光技术液位自动控制技术,下面介绍激光技术在液位自动控制方面的应用,以及对提高扁锭质量的作用。 1 液位自动控制技术 从20世纪80年代以来,工业发达国家在铝合金扁锭铸造中广泛采用液位自动控制技术。这不仅使金属液位实现了自动稳定控制,而且可以实现低液位铸造,提高了扁锭内部质量和表面质量,从而减少铣面量。我公司原有铸造线基本采用分配漏斗控制,金属液位波动大,难以实现低液位控制。为了生产高质量的铸锭,引进了以激光传感器为检测元件。与之配套的执行器为精密步进电机的液位控制系统。  1.1传感器功能这种传感器是利用光学三角网技术研发出来的,并适用于高温条件下不接触测量。该传感器的设计是将瑞士precimeter的专利数字技术和光学技术结合起来,达到很高准确度(现场激光上下误差为±0.03mm),激光传感器光源是一个激光二极管发射的红色可见光,使其便于成为直线和功能测试。 激光源可以连续调整最佳折射光反馈给传感器,与被测物表面特征无关。在无需重新校正的情况下可精确地测量各种材料。利用charg coupled device图像检测器获得了散光,具有抗干扰性和高析像能力。检测器的信号直接转换成模拟信号和数字信号,所形成信号与物体的远近成正比。 1.2液面控制系统 传感器基于一个CD扫描场,作为反射光的接收器,通过CD扫描场像数字照相机一样实际接收一幅照片。这样可以分析接收到光线的轮廓,通过对反射的照片进行智能分析,由蒸汽或其他干扰因素引起的散热可被消除。因此,这种传感器在一定条件下对水蒸气和灰尘不敏感,但在现场实际应用时发现火焰、黑烟会对它产生干扰,造成铝合金铸造开头液位波动大。在设备带负载试车时,针对这种情况,瑞士peceimeter公司更换了Ⅲ级激光,由于接收器高度灵敏,所以避免了纯铝料、火焰、浓烟对它的干扰。 2 铸造工艺过程 铸造铝合金锭的工艺流程如下:操纵手在电脑操作画面提示下将铸造条件准备好,将所铸扁锭工艺参数给予确定(如铸造温度、铸造速度、冷却水流量等),然后把钥匙开关达到自动位置上,铸造机进入到自动铸造过程。铸造机首先进行自检,均符合条件后,开始检测激光传感器。开放24 V电源,射出红色光点,在自动控制程序控制下开始对激光传感器进行基准位校验。根据工艺需要及现场条件,程序中激光传感器的基准位我们设定为铸造模具加上一个标准钢板的厚度为基准零位,以此基准位向下减去工艺菜单中设定液位值后,所检测到的铝液液位作为实际值。在铸造过程中与设定值形成一个闭环控制。参看图1。                                                                    图l 铸造过程闭环控制框图铝液液面的控制:控制铝液使其以一定速度下流(电气控制方面是由激光传感器和栓塞执行器完成)。铝液经流槽流过来,这时铸嘴上的栓塞被执行器(内含0 V~10 V小步进电机和一个气缸)控制,以一定开口度让铝液经铸嘴流下去,而激光传感器作为检测装置,时时反馈结晶器中液位的数值,从而以PID闭环形式控制执行器微动,保证几个铸嘴中的铝液以几乎相同的速度下行,其误差范围仅为0.03mm。 不稳定的液位容易使铸锭表面出现冷隔,对缺口敏感性较强的合金扁锭来说,冷隔有可能直接导致侧裂纹。所以稳定的液位是避免冷隔产生的重要条件,另外,稳定的液位也可以减少粗晶粒和粗大柱壮晶的形成。这是因为在铸造速度一定的情况下,结晶器内液位控制的平稳就表示浇注嘴向结晶器内的供流非常均。

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