[发明专利]评估正弦调制影响高反射率材料激光焊能量耦合行为的方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种评估正弦调制影响高反射率材料激光焊能量耦合行为的方法。

背景技术

镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼性和导热性优良等特点，广泛地应用与冶金、建材和航空航天等领域；铝合金具有较高的比强度、比刚度，良好的耐腐蚀性能、加工性能和力学性能，已成为航空航天、舰船等载运领域结构轻量化制造不可或缺的金属材料；铜合金具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性和延展性，在石油化工、船舶和电力系统得到广泛应用。但镁合金、铝合金和铜合金等高反射率材料在激光焊接过程中反射率较高，造成较大的激光能量的损失，导致生产效率的下降，并且较高的反射率同样降低了焊接过程的稳定性。已有研究表明在镁合金、铝合金及铜合金等高反射率材料激光焊接中，通过采用适当的功率调制措施可以增大熔深、减少飞溅和气孔等缺陷。

Kaplan的研究表明随着小孔深度和小孔深宽比的增大，激光束在小孔内的反射次数增多，从而会使激光能量的吸收效率增大。

Zhang等人发现通过功率正弦调制可以显著改善AZ31镁合金激光焊接过程的熔深和热效率。

Andreas Heider等人发现对激光功率正弦调制后不仅能够显著提高高反射率紫铜激光焊焊缝的熔深，而且能够减少紫铜光纤激光焊接(FLW)中的气孔和飞溅。

Andreas Heider等人采用X射线高速摄影技术观测发现在合适的调制频率下紫铜FLW过程中小孔的稳定性被显著地改善。

Zhang等人用射线追踪法(ray-tracing method)分析了材料反射率对激光深熔焊中小孔内部孔深方向激光能量分配的影响，结果表明材料反射率较大时易导致孔深方向激光能量分配的不平衡现象加剧，使小孔下部体积过度膨胀，是高反射率材料激光焊接小孔和熔池不稳定、焊接质量差的根本原因。

综上所述，想要揭示功率调制影响高反射率材料激光深熔焊热效率和稳定性的机理，就需要研究高反射率材料激光焊过程中功率调制对小孔深度(间接表现为熔深)动态演变行为的影响，即需要研究高反射率材料激光焊过程中功率调制对小孔(间接表现为熔深)的激光能量耦合行为的影响，需要研究小孔深度(间接表现为熔深)动态演变过程和激光瞬时功率动态演变过程的匹配关系，在实际操作中，可以通过熔深来替代小孔深度，然而现有技术中，没有能够评估功率调制对高反射率材料激光焊能量耦合行为影响的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种评估评估正弦调制影响高反射率材料激光焊能量耦合行为的方法，该方法能够评估正弦调制对高反射率材料激光焊能量耦合行为的影响。

为达到上述目的，本发明所述的评估正弦调制影响高反射率材料激光焊能量耦合行为的方法包括以下步骤：

1)选取高反射率材料试板，然后除去高反射率材料试板表面的氧化皮层；

2)对高反射率材料试板表面进行功率正弦调制的激光深熔焊接；

3)获取功率正弦调制的激光深熔焊接在高反射率材料试板表面上形成的焊缝熔深，再将高反射率材料试板上的焊缝纵截面熔深与功率正弦调制的波形图进行对比，并根据对比的结果评估正弦调制对高反射率材料激光焊的激光能量耦合行为的影响。

高反射率材料试板的材质为铝、铝合金、镁合金、铜或铜合金。

高反射率材料试板的厚度大于等于6mm。

通过获取高反射率材料试板上的焊缝纵截面熔深与功率正弦调制的波形图之间的延迟，然后根据高反射率材料试板上的焊缝纵截面熔深与功率正弦调制的波形图之间的延迟评估正弦调制对高反射率材料激光焊的激光能量耦合行为的影响。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的评估正弦调制对高反射率材料激光焊激光能量耦合的方法在具体操作时，对高反射率材料试板表面进行功率正弦调制的激光深熔焊接，再将高反射率材料试板上的焊缝熔深与功率正弦调整的波形图进行对比，并根据对比的结果评估正弦调制对高反射率材料激光焊能量耦合行为的影响，在实际操作时，可以根据激光能量耦合程度揭示功率正弦调制改善高反射率材料激光深熔焊过程中热效率及稳定性的机理，可广泛应用于工业生产中，操作简单、方便，并且成本低，试验结果形象直观。

附图说明

图1为2205双相不锈钢试板和AZ31镁合金试板的激光焊接示意图；

图2(a)为功率不调制时焊缝中心处纵截面形貌图；

图2(b)为功率调制时焊缝中心处纵截面形貌图；