·468- 北京科技大学学报 2003年第5期 缝的抗拉强度相应地得以提高.对此可以通过试 (3)按图4所示方位布置侧喷嘴，可使侧喷嘴 件的拉伸试验来进行验证：基体的抗拉强度 喷出的保护气体对熔池熔体施加一个向熔池中 o=649MPa;系统结构调整前获得的焊缝抗拉强 心的作用力，对熔池的表面张力起到一定的平衡 度σ=610MPa:系统结构调整后获得的焊缝抗拉 作用，从而焊缝形貌得以改善， 强度o>649MPa(基体先被拉裂，而焊缝完好).同 时，保护镜片的平均使用寿命由原来的10h提高 4 结论 到了100h以上， (1)适当的调整激光束与工件间的夹角，可 以提高工件对激光能量的吸收率，且可以避免从 工件表面反射回来的激光直接进入激光头而造 成光学器件的损坏 (2)光致等离子体是导致焊接质量下降的主 要因素，通过增加侧喷嘴等措施改进保护气体的 (a)调整前 (b)调整后 图5系统结构调整前、后的焊接效果 吹气方式，可以减少光致等离子体对焊接质量的 Fig.5 Outlines of welding lines 负面影响，提高焊接质量. 实验结果表明，系统结构调整可以达到以下 参考文献 目标. 1梅遂生.激光技术的40年).大学物理，2000,19(7)： (1)如图2所示，改变激光束入射角度，使之 与工件表面法线呈一定的偏角，可以避免反射回 2汤祖尧.试论我国的激光加工市场).激光与红外， 1998.28(2):77 来的激光直接进入激光头而造成光学器件的损 3刘明.激光技术的发展与应用.安徽教育学院学 坏：且激光束10°左右的偏角入射时，工件对激光 报，1999,86(2)：26 能量的吸收率最高”， 4史俊锋，肖荣诗，左铁钏，激光深熔焊光致等离子体 (2)当按图3所示方式进行气体保护时，主喷 行为与控制U.激光技术，2000,21(5)：40 嘴喷出的保护气体可以压制等离子体，减少其进 5肖荣诗，陈凯，陈继民，等.C0激光焊接光致等离子 入激光头的数量，从而提高了保护镜片的寿命. 体屏蔽机制的实验研究).激光技术，2001,25(3)： 侧喷嘴喷出的保护气体可以将等离子体吹向焊 239 接工件尾部，降低主喷嘴和焊接部位之间的等离 6强宏亮，程兆谷，雒江涛，等.激光深熔焊焊缝表面 形状的影响因素[刀.光学学报，1999,199)：1291 子体浓度，减小等离子体对激光能量的吸收和散 7 Kanthuria Y P.Simulation process in laser welding [J]. 焦作用.被吹向工件尾部的等离子体可对工件待 Acta Metall Sin,2000,13(1):50 焊部位起到一定程度预热作用，从而提高焊接 质量. Investigation on Improving the Welding Quality of an Nd:YAG Laser Manufacture System WANG Wenxian,WANG Changsong,KE Ping,LI Wenbin,OU Kaihong,XI Yanling Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Being.Beijing 100083,China ABSTRACT During the process of laser welding of an existent Nd:YAG laser manufacture system,some short- comings might happen.The reason for such shortcomings was analyzed and the corresponding measures were pre- seuted to overcome them.Experimental results show that by modifying the incidence angle of the laser beam,adding two side nozzles and so on,the laser welding quality and the life of the optical apparatus could be improved drama- tically KEY WORDS Nd:YAG solid laser;laser welding;laser induced plasma;main nozzle;side nozzle一 46 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 3 年 第 5 期 缝 的 抗拉 强度 相 应 地得 以提 高 . 对 此 可 以通 过 试 件 的 拉 伸 试 验 来 进 行 验 证 : 基 体 的 抗 拉 强 度 。 一 64 9 MaP : 系统 结 构 调整 前 获 得 的 焊缝 抗 拉 强 度 6 二 6 10 M aP ; 系 统 结构 调 整后 获 得 的焊缝 抗 拉 强 度 价6 49 M P a (基 体 先被 拉 裂 , 而焊 缝 完 好 ) . 同 时 , 保 护 镜 片 的平 均 使用 寿命 由原 来 的 10 h 提 高 到 了 10 0 h 以上 . (3 )按 图 4 所 示 方位 布 置侧 喷 嘴 , 可 使 侧 喷 嘴 喷 出 的保 护 气 体 对 熔池 熔 体施 加 一个 向熔池 中 心 的作用 力 , 对 熔池 的表 面 张 力起 到 一 定 的平衡 作用 , 从 而 焊缝 形 貌 得 以改善 . a( )调整前 (b) 调整后 图 5 系统 结 构调 整 前 、 后 的焊 接 效 果 F ig . 5 o u t li n e s o f w e l d i n g li n e s 实 验 结果 表 明 , 系统 结 构调 整 可 以达 到 以下 目标 . ( 1) 如 图 2 所示 , 改变 激 光 束 入射 角 度 , 使之 与 工件 表 面法 线 呈 一定 的偏角 , 可 以避 免 反射 回 来 的激 光 直 接 进 入 激 光 头 而 造 成 光 学 器件 的 损 坏 ; 且激 光 束 10 “ 左 右 的偏 角入 射 时 , 工 件对 激 光 能 量 的 吸 收率 最 高 `7] . (2 ) 当 按 图 3 所 示方 式 进行 气 体 保 护 时 , 主 喷 嘴 喷 出 的保 护气 体 可 以压 制等 离 子 体 , 减少 其进 入 激 光 头 的数 量 , 从 而 提 高 了保 护 镜 片 的寿 命 . 侧 喷 嘴 喷 出 的保 护 气 体 可 以将 等 离 子 体 吹 向焊 接 工 件尾 部 , 降低 主喷 嘴 和焊 接 部位 之 间 的等 离 子 体 浓度 , 减 小等 离子 体 对激 光 能 量的 吸收 和 散 焦 作 用 . 被 吹 向工 件尾 部 的 等离 子 体可对 工 件待 焊 部 位 起 到一 定 程 度 预 热 作 用 , 从 而 提 高焊 接 质 量 . 4 结论 ( l) 适 当 的调 整 激 光束 与 工 件 间 的夹 角 , 可 以提 高 工件 对激 光 能量 的吸 收率 , 且 可 以避 免从 工件 表 面 反射 回来 的激 光 直 接 进 入 激 光 头 而 造 成 光 学 器件 的损 坏 . (2 ) 光 致 等离 子 体 是 导致 焊 接 质 量 下 降 的主 要 因素 . 通 过增 加 侧 喷嘴 等 措施 改 进保 护气 体 的 吹气 方式 , 可 以减 少光 致 等 离子 体对 焊 接质 量 的 负面 影 响 , 提 高焊 接质 量 . 参 考 文 献 1 梅遂 生 . 激光 技术 的 40 年 IJ] . 大 学物 理 , 2 0 0 , 1 9 (7) : 4 2 汤 祖尧 . 试 论我 国 的激 光加 工 市场 [J] . 激 光 与红 外 , 1 9 98 , 2 8( 2 ) : 7 7 3 刘 明 . 激 光技 术 的发 展与 应 用 [J] . 安 徽 教育 学 院学 报 , 1 9 9 9 , 8 6 ( 2 ) : 2 6 4 史 俊锋 , 肖荣诗 , 左铁 训 . 激 光深熔 焊 光致 等 离子 体 行 为与 控制 [ J ] . 激 光技 术 , 2 0 0 0 , 2 1 ( 5 ) : 4 0 5 肖荣诗 , 陈 凯 , 陈 继 民 , 等 . C O Z激 光 焊接 光致 等离 子 体 屏 蔽 机制 的 实验研 究 [J] . 激 光技 术 , 2 0 01 , 2 5 (3) : 2 3 9 6 强 宏亮 , 程 兆谷 , 雏 江 涛 , 等 . 激光 深熔 焊 焊 缝表 面 形状 的 影响 因素 I J ] . 光 学 学报 , 1 9 99 , 19 ( 9 ) : 1 2 9 1 7 K an ht ur i a Y .P S im u lat i o n Por e e s s i n l a s e r w e ld i n g 【J」 . A c t a M e at l l S i n , 2 0 0 0 , 13 ( l ) : 5 0 I n v e s t i g at i o n o n I m P r o v i n g t h e Me/ ldi n g Q u a li yt o f an N d : Y A G L a s e r M an u fa e t ur e S y s t e m 恻刀 G 肠肛ia n , 洲刀 G hC a 刀 g , o gn, K E iP g,n IL 胧 bn in , Q U aK ih 口 ng, XI aY iln gn M e e h an i e a l E n g i n e e r i n g S e h o l , U n i v e r s ity o f s e i e n e e an d eT e hn o l o gy B e i n g , B e ij i n g I 0 00 83 , C h i n a A B S T R A C T D丽gn t h e P or e e s s o f las e r w e ld i n g o f an e x i s t e nt N d :Y A G l a s e r m anu af e trU e s y s t e m , s om e s h ort - e o m i n g s m igh t h ap Pen . hT e r e a s o n fo r s cu h s h o rt e o m i n g s w a s an a ly z e d an d th e e o er s P o n d i n g m e a s ur e s we r e P er - s e ut e d t o o v e r e o m e ht e m , E xP e ir m e n t a l r e s u lt s s h o w ht at by m o d i fy i n g ht e i n e i d e n e e a ll g l e o f ht e l a s e r b e am , a d d ign wt o s id e n o z l e s an d 5 0 o n , ht e l a s e r w e l d i n g qu a l iyt a n d t h e life o f ht e o P t i e a l ap P a r a t u s e o u ld b e im P or v e d d amr 个 t i e a ll y . K E Y WO R D S N d 八)A G s o li d l a s e r ; l a s e r w e l d i n g : l a s e r i n d u c e d P l a sm a : m a i n n o z z l e : s i d e n o z z l e