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镁合金激光加工技术

的密度是1.78×103kg/m3,为铝的2/3,钢的1/4。合金具有高的比强度、比刚度、导热性、可切削加工性和可回收性,被称为21世纪的“绿色”工程材料。近年来,合金材料在各种机壳、“陆海空”交通运载工具、国防工业等方面获得了广泛的应用,随着的提炼及深加工技术的发展,合金材料已成为继钢铁和铝之后的第三大类金属材料,在全球范围内得到快速发展。
  本文在综述国内外合金激光切割、激光焊接、激光表面改性等技术的基础上,对合金的激光加工技术进行了研究。
  1 激光与台金材料的作用机理
  合金材料的激光加工是基于光热效应的热加工,前提是激光被合金材料吸收并转化为热能。从原子结构理论分析,激光对金属材料的作用是高频电磁场对物质中自由电子的作用,材料中的自由电子在激光诱导作用下发生高频振动,通过韧致辐射,部分振动能量转变为电磁波向外辐射,其余转化为电子的平均动能,再通过电子与晶格之间的驰豫过程转变为热能。
  不同材料对于不同波长的激光的吸收有很大的差别,吸收率AN,表示为:

  3 合金的激光焊接技术
  合金的焊接性能不好,是制约合金应用的技术瓶预之一。相比传统焊接方法,激光焊接具有焊接速度快、热输人低、焊接变形小的特点。合金激光焊接技术的研究处于起步阶段,国内外对合金的激光焊接研究主要集中在合金的连续CO2激光焊接和固体脉冲YAG激光焊接两个领域。
  德国的R.S.Coe1h。等Coelho用2.2kW的Nd:YAG激光器焊接了2mm厚的AZ31B合金。得到了表面成形好、气孔少、HAZ区小且无品粒明显长大的焊缝。加拿大的H.Al-Kazzaz等用4kW的Nd:YAG激光器成功焊接了2mm-6mm厚的ZE41A。焊接过程中激光功率过高或过低都会导致加工表面功率密度降低,问时焊接形式从小孔聚焦转变为部分聚焦,最后为热传导模式。
  激光复合热源焊接作为新型焊接技术日益受到关注,宋刚等用400W固体脉冲YAG激光加旁轴式TIG作为焊接复合热源,首次成功焊接2.5mm厚AZ31B合金板材,复合焊接的熔深可达TIG单独焊接的2倍、激光单独焊接的4倍,且焊缝与母材抗拉强度(240MPa)相当。为了提高合金材料在焊接过程中对激光的吸收率,孙昊等用500W固体脉冲YAG激光器研究了活性剂对合金激光焊接过程的影响,氧化物和氯化物能够增加合金激光焊接的熔深和深宽比,原因是活性剂微细粉末在激光作用初期增加了对激光能量的吸收。
  我们已经进行了合金薄板的激光焊接和激光复合焊接,目前正在研究中厚板的激光焊接,为工程实践提供理论支持。

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