双光束激光焊技术：双光束激光焊接镀锌板

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：双光束激光焊能够解决锌蒸气带来的焊接问题。Salman Iqbal等人采取了双光束激光焊的方法完成了镀锌板重叠焊缝的焊接。

1.双光束激光焊接镀锌板

镀锌钢因其良好的耐蚀性而被广泛应用于各个领域，而镀锌层的存在使得镀锌钢的焊接工艺性大为降低。这是由于在镀锌钢的焊接过程中，镀层锌和基体钢的热物理特性的极大差异（镀锌层锌的熔点是420℃，沸点是908℃，基体钢的熔点是1300℃，沸点是2861℃），镀层锌的汽化先于基体钢的熔化，因此采用熔焊方法，通常会产生大量的锌蒸气，造成焊接过程的不稳定性，在焊缝中存在气孔；对于搭接接头，镀锌层的挥发不仅发生在上下表面，同时也出现在上下板结合处，焊接过程有的区域蒸气快速喷出熔池表面，有的区域锌蒸气又难以逸出熔池表面，影响焊缝质量。

双光束激光焊能够解决锌蒸气带来的焊接问题。其焊接过程中一束光作为辅助加工，另一束光实现焊接功能。根据辅助光束的作用机制分为四类：延迟焊接小孔闭合；延迟熔池凝固；预先切割出细缝；预先气化锌层。Salman Iqbal等人采取了双光束激光焊的方法完成了镀锌板重叠焊缝的焊接。在焊接时，第一束激光先把板材切出一道细缝，一是预先去除部分锌层；二是便于焊接过程中锌蒸气从细缝中排出。然后由第二道激光完成真正所需的焊接。其原理如图4-1-34所示。

2.双光束激光焊接铝合金

铝合金对波长10.6μm激光的高反射和自身的高导热性以及焊接过程中容易产生气孔、裂纹、焊接的烧损以及不稳定性等问题，一直是单束激光焊接铝合金的研究难题。双光束激光焊可以增大匙孔尺寸，使得匙孔不易闭合有利于气体排出，同时可以降低冷却速度，减少气孔和焊接裂纹的产生。并且焊接飞溅量小，过程更加稳定，所以双光束焊接铝合金所获得的焊缝表面成形也更加优良。

图4-1-34 双光束激光焊接镀锌钢板的原理

图4-1-35 不等厚板在激光功率1.65kW、焊接速度1.4m/min条件下的焊缝表面形貌

a）单束激光焊接表面状态 b）并行双光束激光焊接表面状态（能量比为1∶1.2）

3.双光束激光焊接不等厚板

采用单激光束进行不等厚度板材拼焊时，存在一些难以克服的问题，如由于激光斑尺寸很小，并且要同时落在两板边缘处，光斑位置难以控制，这对板边的准直度和平整性有很高要求；有间隙板材对接焊时，所允许的间隙量较小，而焊缝上下表面凹陷与板边间隙直接相关。而双光束激光焊能基本解决这些问题。在不等厚度拼板的焊接中，双光束激光焊的适应性更好，对工件及其装配精度要求较低，尤其在对接接头的焊接中，允许的间隙量更大；在双光束条件下匙孔一直处于开放状态，从而使得等离子体从匙孔中不断稳定地逸出，匙孔内等离子体的压力值始终保持在一个较低的水平，因此，不会出现剧烈的等离子体从匙孔内爆发喷出的现象，双光束产生的小孔更为稳定，使得焊接过程更稳定，从而提高了焊接质量。图4-1-35为单、双光束下的焊缝表面比较。在相同焊接参数下（激光功率1.65kW、焊接速度1.4m/min），单光束焊缝表面较为粗糙、不规则，有明显的鱼鳞纹，而光能量比为1∶1.2的双光束焊缝表面比较光滑、规则，焊缝表面质量明显提高。

4.双光束激光焊接大厚板

随着激光器输出功率的增加和光束质量的提高，厚板的激光深熔焊得到了快速发展。但是由于大功率激光器价格昂贵，而且大厚板一般还需要填充金属，在实际生产中受到一定的限制。采用双光束激光焊技术不仅可以提高激光功率，而且还可以提高有效光束加热直径，增加熔化填充焊丝的能力，同时能稳定激光孔匙，提高焊接稳定性，提高了焊接质量。

双光束激光焊技术：双光束激光焊接镀锌板

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