概述
激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密的焊接方法。激光焊接時，激光通過聚焦元件被聚焦于工件表面，而激光的聚焦特性直接影響到激光焊接的效果。隨著大功率激光器技術(shù)的發(fā)展，激光深熔焊技術(shù)已經(jīng)開始大量地應(yīng)用于汽車、造船、核電站結(jié)構(gòu)件、航空航天等領(lǐng)域。但是由于激光本身的聚焦特點，光斑較細，這對焊縫的工件間隙提出了很高的要求。實際工業(yè)生產(chǎn)中，焊縫由于加工、裝配精度等原因，往往會有一定間隙。針對這一問題，雙焦點、多焦點、擺動焊接等新型激光焊接工藝被開發(fā)出來，以提高激光焊接對裝配精度的適應(yīng)性及焊接過程的穩(wěn)定性、改善焊縫質(zhì)量，從而獲得較好的激光焊接效果。
(a) (b)
圖1 兩種典型的雙焦點產(chǎn)生方式
如圖所示為兩種典型的獲得雙焦點的方法。(a)所示為采用屋脊式鏡片， (b)所示為采用光學(xué)衍射鏡片，激光束被一分為二，聚焦后產(chǎn)生兩個焦點。采用雙焦點工藝焊接，在保留激光焊接大熔深優(yōu)點的同時，焊縫相對較寬，對焊縫間隙有較好的適應(yīng)性。
應(yīng)用案例
電磁閥部件雙焦點激光焊接
圖2 電磁閥部件焊縫
該電磁閥部件應(yīng)用于制冷行業(yè)，工作時需承受一定壓力，對焊縫強度有較高要求。
一般情況下，光纖激光器的激光束呈高斯分布，由于瞬間高能量作用于材料表面，材料汽化產(chǎn)生匙孔，焊縫截面一般呈釘子形，焊縫有較大的深寬比，如下圖所示。
圖3 光纖激光焊接焊縫形貌
實際生產(chǎn)中，電磁閥體部件焊接接頭存在一定間隙，或者裝配精度不高。為確保批量生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率，焊縫截面需達到一定的寬度，同時焊縫熔深需滿足工藝要求。
實驗條件
采用創(chuàng)鑫激光的MFSC-800W連續(xù)激光器進行焊接實驗。
MFSC-800W連續(xù)激光器如圖4所示。
圖4 MFSC-800單模連續(xù)光纖激光器
創(chuàng)鑫激光MFSC-800單模連續(xù)光纖激光器，其電光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、免維護，激光輸出功率為800W，可用于不銹鋼、碳鋼、鋁、銅等金屬材料的切割、焊接、鉆孔，在鈑金切割、五金加工、家電制造、汽車制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
實驗方案
在激光焊接頭上加裝雙焦點鏡片。激光束經(jīng)過雙焦點鏡片后，由于衍射作用被分為兩束光，最終聚焦為兩個焦點。焦點之間呈一定尺寸。測試光束的M2，如圖所示為離焦量-2mm至+3mm處的光束分布。可知雙焦點分布范圍較寬，對于實際焊接生產(chǎn)有較好的適應(yīng)性。
圖5 雙焦點鏡片，焦點附近區(qū)域光束分布
實驗結(jié)果
下圖所示為采用雙光束焦點鏡片的焊縫截面形貌（不同工藝參數(shù)下）。相比一般的光纖激光焊接，此時的焊縫在具有較大熔深的同時，截面較寬，即使焊接接頭存在一定間隙或者裝配時對中較差、存在錯位，也能保證優(yōu)良的焊接效果。
圖6 雙焦點鏡片，焊縫截面形貌
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