直接半導體激光器的焊接效果解析

科技 12-10

直接半導體與光纖激光器的參數對比

圖1 直接半導體（左）

與光纖激光器（右）光斑對比圖

焊縫表面形態和焊縫橫截面形貌

圖 2 ，採用半導體激光焊接低碳鋼和不鏽鋼，典型的焊縫表面形態，半導體激光焊接低碳鋼時，表面較不鏽鋼的焊縫形貌更寬，魚鱗紋更明顯。

圖2(a)低碳鋼， (b)不鏽鋼

圖 3 ，半導體激光焊接低碳鋼和不鏽鋼，典型的焊縫橫截面形貌形態。可見半導體激光焊接低碳鋼及不鏽鋼的焊縫橫截面均不同於傳統的「釘子頭」形形貌，為典型的「U」形焊縫橫截面形貌。

圖3(a)低碳鋼， (b)不鏽鋼

不同功率下焊縫橫截面形貌

隨著功率的增加，焊縫的深度在增加，同時，激光器功率增加也會造成熔寬的增加。

圖4

焊接速度與熔深、熔寬之間的對應關係

圖5

半導體激光焊接低碳鋼和不鏽鋼焊縫熔深隨焊接速度的變化規律如圖 5（左）所示。可見該激光焊接兩種材料的熔深大體相當，均隨著焊接速度的提高而減小。

激光功率與熔深、熔寬之間的對應關係

圖6

半導體激光焊接低碳鋼和不鏽鋼焊縫熔深熔寬隨激光功率的變化規律如圖 6 所示。可見隨著激光功率的增加，該激光焊接兩種材料的熔深也大體相當，均隨著激光功率的增加而增加。

該激光焊接兩種材料的熔寬總體趨勢大體相當，均隨著焊接速度的提高而減小。但相同速度下，焊接低碳鋼的熔寬明顯大於不鏽鋼。這與固定激光功率，變化焊接速度的規律是一致的。由於焊縫上表面激光能量輸入大，冷卻速度相對較慢，焊縫橫截面呈典型的上寬下窄的形貌。其中低碳鋼的熱導率明顯大於不鏽鋼，這可能是兩種材料熔寬差異較大的原因。

穿透焊焊縫橫截面

圖7

由於焊接熱影響，熱影響區晶粒發生回復和再結晶，形成晶粒尺寸略大的沿軋制方向的晶粒組織。造成焊縫不同區域組織的差異主要與凝固過程中的溫度梯度大小有關，在焊縫中心區域由於冷卻速度較快，熔池中心溫度梯度小，因此形成細小的等軸枝晶組織，而越靠近熔合線附近，溫度梯度越大，晶粒沿與熔合線方向垂直向焊縫中心生長，形成略微粗大的柱狀晶組織。

接頭顯微硬度分布