4000w半导体激光器熔化工艺研究

     一、研究目的

     针对4000w半导体激光器，研究其进行激光熔焊时的焊接能力，并对可焊厚度各板材进行拼焊试验，分析其焊接质量。

     二、设备、材料及方法

     设备：长光华芯4000w半导体激光器，400μm光纤，200mm聚焦镜，聚焦光斑直径0.8mm；

     材料：Q235、SUS304 1-6mm板材，1mm6061铝合金；

     方法：先采用6mm平板堆焊方式进行试验，初步确定焊接能力，然后对能力范围内各厚度板材进行拼焊，测试其最高焊接速度，并输出焊接工艺参数表。

     三、研究结果

     3.1 平板堆焊试验结果

表1 平板堆焊试验结果

表1中测量结果按图1所示方式测量，熔宽去掉焊缝钉子头后测量。

图1 熔深熔宽测量示意图

对表1试验结果进行分析，如图2所示：

图2 熔深随焊接速度的变化（平板堆焊）

     从图2可以看出，4000w半导体激光器焊接Q235与SUS304两类材料时，1mm板焊接速度达6m以上，最大熔深达6mm，且同厚度下，不锈钢焊接速度略高于碳钢材料，材料厚度越小，差异越小，主要原因为导热系数的差异。

     3.2 拼焊试验结果

     根据平板堆焊试验结果，选取适当参数对各厚度板材进行拼焊试验，测试最高焊接速度，实验结果如表2及图2所示：

表2 拼焊试验结果

图3 熔深随焊接速度的变化（拼焊）

     拼焊时，两种材料的焊接速度与平板堆焊时有一定差异，因为拼焊时拼缝间隙的存在使焊接速度有所提升。以上拼焊参数均在拼缝间隙小于0.1的的条件下完成。

     各焊缝截面形貌如图4、5所示：

图4 各厚度304不锈钢焊缝截面形貌

图5 各厚度Q235焊缝截面形貌

     从图4与图5可以看出，该激光器焊接时，焊缝表面平整，焊缝熔深方向钉子头趋向不明显，焊缝深宽比较小。分析原因为焊接光斑较大，且能量分布均匀所致。

     四、结论

     1、4000w长光华芯半导体激光器最大焊接能力为6mm碳钢和不锈钢，铝合金焊接能力较弱，适合0.5mm左右薄片热传导焊接。

     2、该激光器焊接时因聚焦光斑较大，达0.8mm，焊接时飞溅小，成型较好，且熔宽较大，但速度会有所牺牲。该类焊缝应更适合夹套焊接等应用。