脈沖激光焊接的案例
TiO2活性劑對不銹鋼激光焊接等離子體聲發(fā)射效應(yīng)的影響
權(quán)雯雯等人[4]研究了活性劑對低功率Nd:YAG脈沖激光焊接不銹鋼板焊縫熔深的影響，結(jié)果表明，熔深增加的主要原因是活性劑提高了激光的吸收率. 孫昊等人[5,6]研究了活性劑對鎂合金YAG激光焊接過程的影響，結(jié)果表明，激光焊縫熔深增加的主要原因是活性劑微細粉末在激光作用初期增加對激光能量的吸收率.
在脈沖YAG激光焊接過程中，雖然由于激光波長短，且逆韌致吸收降低，使激光等離子體對激光能量吸收的影響降低，材料對激光能量的吸收率得以提升.
但由于受激光能量作用產(chǎn)生顯著的金屬蒸發(fā)及其部分電離，從而形成一種“等離子體羽”，同樣可能影響材料對激光能量的吸收.
文中利用結(jié)構(gòu)負載聲發(fā)射(AE)檢測技術(shù)實時檢測活性脈沖激光焊接過程中的聲發(fā)射信號，借助對等離子體聲發(fā)射信號的分析研究活性脈沖激光焊接的機理.
1 試驗方法
焊接試驗所采用的焊接設(shè)備為脈沖YAG激光焊機，焊接的材料為4
mm厚304不銹鋼，焊接方式為表面堆焊. 采用的激光焊接工藝參數(shù)為：脈沖峰值4.5 kW，脈寬6 ms，脈沖頻率20 Hz，焊接速度10
mm/s，保護氣體為氬氣，氣流量為10 L/min. 為了獲得不同的焊接傳熱效應(yīng)，在-2～2 mm之間按照等差原則選擇了5種不同的離焦量.
進行活性焊前，將TiO2粉末用丙酮溶劑混合均勻，并涂覆于待焊材料表面，待丙酮揮發(fā)后進行脈沖激光焊接.
焊接過程中，由于高能量密度的激光束集中作用，被焊接材料吸收激光能量轉(zhuǎn)化為熱能.
隨著激光作用能量的不同，材料被焊接區(qū)發(fā)生不同物態(tài)變化，包括熔化、氣化，并進而形成小孔效應(yīng)，產(chǎn)生等離子體.
當(dāng)熔深達到一定深度，等離子體由小孔噴射出來時，產(chǎn)生的壓力波會激發(fā)出聲發(fā)射信號，并以空氣或材料為載體進行傳播.
研究中，對不同傳熱效應(yīng)下的等離子體聲發(fā)射信號進行檢測，以獲取脈沖激光焊接過程能量作用特征.
展開 激光焊接的工藝技術(shù)和性能特點
一、激光焊接的工藝參數(shù)。
1、功率密度。 功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在104~106W/cm2。
2、激光脈沖波形。 激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。
3、激光脈沖寬度。 脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4、離焦量對焊接質(zhì)量的影響。 激光焊接通常需要一定的離做文章一，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。 離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負離做文章一相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。
二、激光焊接工藝方法：
1、片與片間的焊接。
展開 激光焊接基本知識
因此，在傳導(dǎo)型激光焊接 中，功率密度在范圍在 104~106W/cm2。
2
激光脈沖波形
激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。
3
激光脈沖寬度
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4
離焦量對焊接質(zhì)量的影響
因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上 方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦 時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。
激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域
激光焊接在制造行業(yè)、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)以及其他領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
展開 雙脈沖焊接
單脈沖所有的波峰是一樣的如 nnnnn ，雙脈沖相當(dāng)于兩個周期相同、相位不同的單脈沖疊加在一起，也就是一個周期可能有兩個峰nNnNnN。
相同的道理，多脈沖就像是nNvnNvnNv這樣的。目前階段焊接上應(yīng)用的多是單脈沖和雙脈沖，單脈沖主要焊接不銹鋼和鋁材等，雙脈沖主要焊接鋁材。
一般單脈沖焊接的鋁材焊縫發(fā)鼓，雙脈沖的沖擊力大，能焊出較平整的焊縫來，魚鱗紋也比較清晰。
常規(guī)脈沖氣保焊：僅一個脈沖
雙脈沖介紹：雙脈沖氣保焊是在脈沖氣保焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種焊接方式，是由兩個不同大小電流的脈沖氣保交替變化的焊接方式，主要用在鋁合金焊接上，能在不擺動的情況下焊出魚鱗紋效果，類似交流TIG焊接的效果。
除此之外，這種焊接方式還可以有效的控制熱輸入量，類似于脈沖氬弧，既能焊透又不至于焊穿，適合于所有金屬焊接，是一種先進的焊接方式。目前能具備這種焊接方式的焊機絕大部分是進口焊機，價格大約在10萬元上下。
數(shù)字化雙脈沖氣保焊機是在單脈沖的基礎(chǔ)上疊加一個脈沖，即一個高頻脈沖疊加一個低頻脈沖，可以理解為一個能量大的脈沖為融化溶滴，另一個脈沖為熔滴過渡和攪拌溶池，一般一秒鐘進行3—5次過渡，這樣就實現(xiàn)了能量大小的協(xié)調(diào)，特別適用于薄板的焊接，焊接手法上無需擺動就可實現(xiàn)漂亮的魚鱗紋效果。
用途優(yōu)點：焊接過程無飛濺，熱影響區(qū)域小，特別對薄板焊接優(yōu)勢明顯，自始至終都能保證能量波形輸出的一致性，對熔深和焊縫堆高充分保持一致。
可采用雙脈沖進行焊接鋁合金、不銹鋼。焊接過程無飛濺、操作方便、適宜人工和自動焊、電弧穩(wěn)定、熔深可調(diào)、成形美觀、氣孔少、機械性能優(yōu)良等特點！廣泛應(yīng)用于鋁合金、鋼質(zhì)船舶、機車、汽車配件、汽車制造、航空航天、大專院校科研機構(gòu)、重工機械、制管、鋼結(jié)構(gòu)、煤礦機械等。
更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容案例，請關(guān)注公眾號：焊接技術(shù)
展開 
comsol脈沖激光設(shè)置：教程+模型 ￥15
現(xiàn)在越來越多的同學(xué)在用COMSOL做激光加工的模擬仿真，比如：激光打孔，激光切割，激光清洗，激光熔覆等等。連續(xù)激光很多同學(xué)都會設(shè)置，但是很多的模型都需要脈沖激光來加工材料，在設(shè)置脈沖激光的時候很多同學(xué)犯了難，不知如何下手。
這里我用的是一個脈沖12ms，重復(fù)頻率50Hz的脈沖激光。
主要思路就是：
1.激光參數(shù)設(shè)置，2.設(shè)置方波函數(shù)，3.設(shè)置解析函數(shù)，4.設(shè)置脈沖激光熱源，5.建立幾何，6模型邊界條件，7.網(wǎng)格劃分和研究步驟設(shè)置 8.計算結(jié)果
最重要的就是周期脈沖函數(shù)設(shè)置，一般思路就是先利用comsol里面的矩形波函數(shù)，設(shè)置出單個脈沖周期；接著在解析函數(shù)里面調(diào)用矩形波函數(shù)，進行周期性拓展。然后利用 脈沖激光=激光高斯熱源×脈沖周期函數(shù)。
以下就是計算出來的結(jié)果：
展開 基于comsol的脈沖激光光熱力分析
<h1><strong>基于comsol的脈沖激光光熱力分析</strong></h1><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif" style="text-align: center">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)" src="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif?
展開 衍射光學(xué)：超短激光脈沖如何影響光束整形光學(xué)
對于m=1的渦旋透鏡元件，VirtualLab仿真顯示不管輸入是一個高斯脈沖或100fs超快脈沖（見圖1），其對DOE的影響很小。對于圓對稱元件，強度沿著環(huán)形點分布，使它幾乎不可能探測到任何光斑大小的變化。換句話說，這些變化并不發(fā)生在方位平面上，而徑向平面上發(fā)生的變化與光斑整形無關(guān)。同時，既然這不是一個周期結(jié)構(gòu)，橢率或零階的影響也無關(guān)緊要。
衍射錐透鏡
錐透鏡將一束激光轉(zhuǎn)換成一個環(huán)形狀（近場的貝塞爾強度輪廓）。它還將點光源成像成沿光軸的一條線，而且還增加了景深。由于其獨特的性質(zhì)，衍射錐透鏡應(yīng)用很廣，如原子陷阱，望遠鏡和激光鉆孔。
類似渦旋透鏡，不論衍射錐透鏡的輸入脈沖是高斯或超短（見圖2），輸出幾乎都沒有變化。VirtualLab仿真和實驗實踐指出渦旋透鏡有著類似結(jié)果，并幫助理解了沒有零階衍射以及光斑大小、形狀沒有變化的現(xiàn)象。
Top Hats
Top-hat光束整形器是用來將一束近高斯入射激光光束在一個特定的工作平面轉(zhuǎn)換到一個均勻性強度（平滑）的圓形，矩形，正方形，線形或其他有銳邊的形狀。典型的應(yīng)用主要是在激光材料處理，包括激光燒蝕，焊接和激光顯示劃線，香煙過濾器，醫(yī)療和醫(yī)美。
為了獲得高質(zhì)量性能的光束整形器，激光輸出應(yīng)該是單模（TEM00）M2值低于1.3。使用這種類型的Top Hat DOE，USP激光輸入確實會導(dǎo)致整形光斑尺寸發(fā)生微小變化（見圖3）。這種變化是為了與光譜域的變化保持一致，這意味著變化只發(fā)生在光斑邊緣的地方（我們稱之為DOE的轉(zhuǎn)移區(qū)域），而不是光斑的中心位置。
圖3.Top-hat DOE將一個高斯光束轉(zhuǎn)換成一個正方形/圓形top-hat（在整個區(qū)域內(nèi)均勻照明）剖面（a）。
展開 comsol 激光焊接、激光穿孔模型
有興趣的可以加企鵝號+2640240887互相交流。
衍射光學(xué)：超短激光脈沖如何影響光束整形光學(xué)
對于m=1的渦旋透鏡元件，VirtualLab仿真顯示不管輸入是一個高斯脈沖或100fs超快脈沖（見圖1），其對DOE的影響很小。對于圓對稱元件，強度沿著環(huán)形點分布，使它幾乎不可能探測到任何光斑大小的變化。換句話說，這些變化并不發(fā)生在方位平面上，而徑向平面上發(fā)生的變化與光斑整形無關(guān)。同時，既然這不是一個周期結(jié)構(gòu)，橢率或零階的影響也無關(guān)緊要。
衍射錐透鏡
錐透鏡將一束激光轉(zhuǎn)換成一個環(huán)形狀（近場的貝塞爾強度輪廓）。它還將點光源成像成沿光軸的一條線，而且還增加了景深。由于其獨特的性質(zhì)，衍射錐透鏡應(yīng)用很廣，如原子陷阱，望遠鏡和激光鉆孔。
類似渦旋透鏡，不論衍射錐透鏡的輸入脈沖是高斯或超短（見圖2），輸出幾乎都沒有變化。VirtualLab仿真和實驗實踐指出渦旋透鏡有著類似結(jié)果，并幫助理解了沒有零階衍射以及光斑大小、形狀沒有變化的現(xiàn)象。
Top Hats
Top-hat光束整形器是用來將一束近高斯入射激光光束在一個特定的工作平面轉(zhuǎn)換到一個均勻性強度（平滑）的圓形，矩形，正方形，線形或其他有銳邊的形狀。典型的應(yīng)用主要是在激光材料處理，包括激光燒蝕，焊接和激光顯示劃線，香煙過濾器，醫(yī)療和醫(yī)美。
為了獲得高質(zhì)量性能的光束整形器，激光輸出應(yīng)該是單模（TEM00）M2值低于1.3。使用這種類型的Top Hat DOE，USP激光輸入確實會導(dǎo)致整形光斑尺寸發(fā)生微小變化（見圖3）。這種變化是為了與光譜域的變化保持一致，這意味著變化只發(fā)生在光斑邊緣的地方（我們稱之為DOE的轉(zhuǎn)移區(qū)域），而不是光斑的中心位置。
圖3.Top-hat DOE將一個高斯光束轉(zhuǎn)換成一個正方形/圓形top-hat（在整個區(qū)域內(nèi)均勻照明）剖面（a）。
展開 免費線上講座 | 脈沖激光器設(shè)計
鎖模激光器
2. 超連續(xù)譜產(chǎn)生
3. 脈沖壓縮
4. 同步泵浦OPO
講座時間：
5
月2
1
PM
15
:00
-
16
:
00
周五
舉辦方式：
網(wǎng)絡(luò)研討會
掃碼報名咨詢
報名郵箱：market@asdoptics.com
網(wǎng)址：www.asdoptics.com
求abaqus脈沖焊接案例
求abaqus脈沖焊接案例的熱源子程序
脈沖激光加工Al的COMOSL模擬及相關(guān)文獻 ￥49.9
脈沖激光.gif
ANSYS高斯脈沖激光光源溫度場模擬APDL ￥100
以下為中間過程中的溫度場
本實例介紹在一個高斯脈沖激光光源溫度場的模擬，包含了脈沖激光的apdl程序，高斯光源的APDL程序，以及隨溫度變化的材料參數(shù)設(shè)置，apdl程序為參數(shù)化建模，只需修改相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可更換模型參數(shù)。
下層基板：長1000微米，寬300微米，高300微米;上層板材：長1000微米，寬300微米，厚30微米。
激光照射上層板材，由寬度方向的中點進入，沿長度方向直線掃描一道，到另一邊中點結(jié)束
激光為普通高斯光源，形式為脈沖激光，如圖3，其中激光頻率=1/TCycle, 占空比=TPulse/TCycle
在模擬的過程中要實現(xiàn)激光功率，掃描速度，激光頻率和占空比的可變。求得上層板材中心位置溫度隨時間的變化曲線
1. 溫度場只考慮傳熱，不考慮對流以及輻射，環(huán)境溫度為室溫25攝氏度。
2. 材料的各項參數(shù)不是固定參數(shù)，而是隨溫度變化的參數(shù)。
激光參數(shù)：
光斑直徑：100微米
激光功率：200W
掃描速率v=800mm/s
占空比ra=0.5
激光頻率f=20000Hz
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——脈沖顯示窗口
進一步提示：
·使用Home和End鍵，您可以分別移動到第一個和最后一個計算的脈沖。
·點擊圖表，在鼠標(biāo)光標(biāo)位置顯示十字，并用數(shù)字顯示其坐標(biāo)。單擊時按住Ctrl鍵，十字會移動到所顯示曲線的最近的數(shù)據(jù)點。
·在圖表上方輕輕點擊，顯示數(shù)值范圍和分辨率。
·如果在執(zhí)行腳本之前打開了脈沖顯示窗口，則可以在計算整個脈沖傳播之前使用該窗口。可能只是部分脈沖已經(jīng)被計算出來了，其他的脈沖還不能顯示出來。
·表單設(shè)置也可以通過腳本中的各種函數(shù)調(diào)用進行修改。
如果兩個脈沖的相互作用已經(jīng)用函數(shù)pp_fiber_2p()進行了模擬，則脈沖顯示窗體還有一個按鈕，用于在脈沖1和脈沖2的顯示之間切換。
展開 飛秒脈沖激光空間光場調(diào)控的微透鏡陣列制備技術(shù)進展
這里借助飛秒激光燒蝕種子結(jié)構(gòu)結(jié)合各項同性濕法刻蝕的思想，將其應(yīng)用到藍寶石微透鏡的加工中，實現(xiàn)藍寶石微凹透鏡陣列的高效率制備。
圖7（a）單脈沖能量燒蝕
■ 這里采用的是C相藍寶石，使用不同單脈沖能量直接燒蝕得到的結(jié)果如圖 7（a）所示。
■ 利用該高溫化學(xué)反應(yīng)，單脈沖能量為36 nJ燒蝕后的藍寶石結(jié)構(gòu)隨刻蝕時間的演化過程如圖 7（b）所示。
■ 當(dāng)在溶液中刻蝕5 min以后，藍寶石表面的燒蝕微坑已經(jīng)擴大并演變成倒三棱錐結(jié)構(gòu)，并且隨著刻蝕時間增加，藍寶石表面微結(jié)構(gòu)的整體尺寸也逐漸增加。
圖7（b）藍寶石結(jié)構(gòu)演化過程
圖7（c）藍寶石底部變化程度
但是從側(cè)面圖 7（c）可以看到，在整個刻蝕過程中，其斜邊的傾斜角度保持不變，但是底部由原來的三棱錐形狀變成了球形，并且隨著刻蝕時間的近一步增加，其底面的尺寸也隨之變大。
圖7（d）大面積藍寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)
圖7（e）大面積藍寶石成像效果
經(jīng)驗證，該底部結(jié)構(gòu)具有比較完美的球面輪廓。根據(jù)這一現(xiàn)象，利用光場調(diào)制技術(shù)將焦點調(diào)制為4×4的點陣，焦點之間的間隔略小于刻蝕后藍寶石底部的球面直徑，可以避免由不同晶向引起的三棱柱側(cè)邊，從而實現(xiàn)具有高表面質(zhì)量的藍寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。
圖 7（d）是利用飛秒激光空間光場調(diào)制和濕法刻蝕制備的大面積藍寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，可以看到其尺寸分布比較均勻，且都具有比較好的成像效果（圖 7（e））。
展開 