直接半導(dǎo)體與光纖激光器的參數(shù)對(duì)比

圖1 直接半導(dǎo)體（左）

與光纖激光器（右）光斑對(duì)比圖

圖 2 ，采用半導(dǎo)體激光焊接低碳鋼和不銹鋼，典型的焊縫表面形態(tài)，半導(dǎo)體激光焊接低碳鋼時(shí)，表面較不銹鋼的焊縫形貌更寬，魚(yú)鱗紋更明顯。

圖2  (a)低碳鋼， (b)不銹鋼

圖 3 ，半導(dǎo)體激光焊接低碳鋼和不銹鋼，典型的焊縫橫截面形貌形態(tài)。可見(jiàn)半導(dǎo)體激光焊接低碳鋼及不銹鋼的焊縫橫截面均不同于傳統(tǒng)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)不銹鋼

隨著功率的增加，焊縫的深度在增加，同時(shí)，激光器功率增加也會(huì)造成熔寬的增加。

圖4

圖5 

半導(dǎo)體激光焊接低碳鋼和不銹鋼焊縫熔深隨焊接速度的變化規(guī)律如圖 5（左）所示?？梢?jiàn)該激光焊接兩種材料的熔深大體相當(dāng)，均隨著焊接速度的提高而減小。

圖6 

半導(dǎo)體激光焊接低碳鋼和不銹鋼焊縫熔深熔寬隨激光功率的變化規(guī)律如圖 6 所示。可見(jiàn)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(dāng)，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(shì)大體相當(dāng)，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于不銹鋼。這與固定激光功率，變化焊接速度的規(guī)律是一致的。由于焊縫上表面激光能量輸入大，冷卻速度相對(duì)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(dǎo)率明顯大于不銹鋼，這可能是兩種材料熔寬差異較大的原因。

圖7

由于焊接熱影響，熱影響區(qū)晶粒發(fā)生回復(fù)和再結(jié)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(qū)域組織的差異主要與凝固過(guò)程中的溫度梯度大小有關(guān)，在焊縫中心區(qū)域由于冷卻速度較快，熔池中心溫度梯度小，因此形成細(xì)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(zhǎng)，形成略微粗大的柱狀晶組織。

圖8 

該圖為上述激光焊接橫截面中心區(qū)域的顯微硬度分布。可以看出：焊縫的顯微硬度并沒(méi)有顯著的差異，其接頭沒(méi)有出現(xiàn)明顯的軟化現(xiàn)象。

圖9 穿透焊縫拉伸形貌與樣品斷口形貌

圖 9可見(jiàn)拉伸樣品斷于母材，與焊接速度無(wú)關(guān)。在掃描電鏡下觀察拉伸樣品的斷口形貌，可發(fā)現(xiàn)斷口由許多細(xì)小的韌窩結(jié)構(gòu)，為典型的韌性斷裂。

圖10 

由此可以得出：直接半導(dǎo)體激光器的焊接應(yīng)用是一個(gè)相對(duì)比較新的應(yīng)用，相對(duì)光纖激光器而言，直接半導(dǎo)體激光器具有光斑質(zhì)量更均勻，焊接效果更好等優(yōu)點(diǎn)。