[發(fā)明專利]評(píng)估正弦調(diào)制影響高反射率材料激光焊能量耦合行為的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710433335.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN107414323A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張林杰;盧廣峰;寧杰;楊健楠;白清林;裴俊宇;劉江哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/70
• 分類號(hào): B23K26/70
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種評(píng)估正弦調(diào)制影響高反射率材料激光焊能量耦合行為的方法。

背景技術(shù)

鎂及鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性和導(dǎo)熱性優(yōu)良等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用與冶金、建材和航空航天等領(lǐng)域；鋁合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，良好的耐腐蝕性能、加工性能和力學(xué)性能，已成為航空航天、艦船等載運(yùn)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)輕量化制造不可或缺的金屬材料；銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和延展性，在石油化工、船舶和電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。但鎂合金、鋁合金和銅合金等高反射率材料在激光焊接過(guò)程中反射率較高，造成較大的激光能量的損失，導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降，并且較高的反射率同樣降低了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。已有研究表明在鎂合金、鋁合金及銅合金等高反射率材料激光焊接中，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)墓β收{(diào)制措施可以增大熔深、減少飛濺和氣孔等缺陷。

Kaplan的研究表明隨著小孔深度和小孔深寬比的增大，激光束在小孔內(nèi)的反射次數(shù)增多，從而會(huì)使激光能量的吸收效率增大。

Zhang等人發(fā)現(xiàn)通過(guò)功率正弦調(diào)制可以顯著改善AZ31鎂合金激光焊接過(guò)程的熔深和熱效率。

Andreas Heider等人發(fā)現(xiàn)對(duì)激光功率正弦調(diào)制后不僅能夠顯著提高高反射率紫銅激光焊焊縫的熔深，而且能夠減少紫銅光纖激光焊接(FLW)中的氣孔和飛濺。

Andreas Heider等人采用X射線高速攝影技術(shù)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在合適的調(diào)制頻率下紫銅FLW過(guò)程中小孔的穩(wěn)定性被顯著地改善。

Zhang等人用射線追蹤法(ray-tracing method)分析了材料反射率對(duì)激光深熔焊中小孔內(nèi)部孔深方向激光能量分配的影響，結(jié)果表明材料反射率較大時(shí)易導(dǎo)致孔深方向激光能量分配的不平衡現(xiàn)象加劇，使小孔下部體積過(guò)度膨脹，是高反射率材料激光焊接小孔和熔池不穩(wěn)定、焊接質(zhì)量差的根本原因。

綜上所述，想要揭示功率調(diào)制影響高反射率材料激光深熔焊熱效率和穩(wěn)定性的機(jī)理，就需要研究高反射率材料激光焊過(guò)程中功率調(diào)制對(duì)小孔深度(間接表現(xiàn)為熔深)動(dòng)態(tài)演變行為的影響，即需要研究高反射率材料激光焊過(guò)程中功率調(diào)制對(duì)小孔(間接表現(xiàn)為熔深)的激光能量耦合行為的影響，需要研究小孔深度(間接表現(xiàn)為熔深)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程和激光瞬時(shí)功率動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的匹配關(guān)系，在實(shí)際操作中，可以通過(guò)熔深來(lái)替代小孔深度，然而現(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有能夠評(píng)估功率調(diào)制對(duì)高反射率材料激光焊能量耦合行為影響的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種評(píng)估評(píng)估正弦調(diào)制影響高反射率材料激光焊能量耦合行為的方法，該方法能夠評(píng)估正弦調(diào)制對(duì)高反射率材料激光焊能量耦合行為的影響。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的評(píng)估正弦調(diào)制影響高反射率材料激光焊能量耦合行為的方法包括以下步驟：

1)選取高反射率材料試板，然后除去高反射率材料試板表面的氧化皮層；

2)對(duì)高反射率材料試板表面進(jìn)行功率正弦調(diào)制的激光深熔焊接；

3)獲取功率正弦調(diào)制的激光深熔焊接在高反射率材料試板表面上形成的焊縫熔深，再將高反射率材料試板上的焊縫縱截面熔深與功率正弦調(diào)制的波形圖進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)對(duì)比的結(jié)果評(píng)估正弦調(diào)制對(duì)高反射率材料激光焊的激光能量耦合行為的影響。

高反射率材料試板的材質(zhì)為鋁、鋁合金、鎂合金、銅或銅合金。

高反射率材料試板的厚度大于等于6mm。

通過(guò)獲取高反射率材料試板上的焊縫縱截面熔深與功率正弦調(diào)制的波形圖之間的延遲，然后根據(jù)高反射率材料試板上的焊縫縱截面熔深與功率正弦調(diào)制的波形圖之間的延遲評(píng)估正弦調(diào)制對(duì)高反射率材料激光焊的激光能量耦合行為的影響。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的評(píng)估正弦調(diào)制對(duì)高反射率材料激光焊激光能量耦合的方法在具體操作時(shí)，對(duì)高反射率材料試板表面進(jìn)行功率正弦調(diào)制的激光深熔焊接，再將高反射率材料試板上的焊縫熔深與功率正弦調(diào)整的波形圖進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)對(duì)比的結(jié)果評(píng)估正弦調(diào)制對(duì)高反射率材料激光焊能量耦合行為的影響，在實(shí)際操作時(shí)，可以根據(jù)激光能量耦合程度揭示功率正弦調(diào)制改善高反射率材料激光深熔焊過(guò)程中熱效率及穩(wěn)定性的機(jī)理，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，操作簡(jiǎn)單、方便，并且成本低，試驗(yàn)結(jié)果形象直觀。

附圖說(shuō)明

圖1為2205雙相不銹鋼試板和AZ31鎂合金試板的激光焊接示意圖；

圖2(a)為功率不調(diào)制時(shí)焊縫中心處縱截面形貌圖；

圖2(b)為功率調(diào)制時(shí)焊縫中心處縱截面形貌圖；