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高反射率材料红外激光焊接中功率调制对能量耦合效率影响的机理研究

DOI：10.1016/j.matdes.2019.107871 期刊：Materials & Design 出版年份：2019 更新时间：2025-11-28 14:24:20
摘要： 高反射率材料（如镁、铜和铝）会导致其红外激光焊接过程的热效率较低。本研究选用AZ31镁合金来探究功率调制对高反射率材料激光焊接中能量耦合效率的影响，建立了能量耦合效率与调制参数之间的关系模型。优化后的调制功率激光焊接，其能量耦合效率约为恒定功率焊接的1.58倍。通过分析焊接过程中小孔演化及沿小孔壁产生的压力分布，探究了其作用机理。采用半夹层法结合高速摄像技术，观察了常规材料（Q345钢，反射率65%）与高反射率材料（AZ31，反射率85%）在激光连续焊接过程中的小孔演化情况。结果表明：通过功率调制提高高反射率材料激光焊接过程能量耦合效率的关键在于形成深小孔并延长其存在时间。当瞬时功率从峰值下降时，小孔底部仍保持足够的反冲压力以抵抗液态金属的表面张力和静水压力，这是大深度小孔能够长时间存在的根本原因。
作者： Jie Ning，Lin-Jie Zhang，Xian-qing Yin，Jian-Xun Zhang，Suck-Joo Na
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究功率调制对高反射材料（特别是AZ31镁合金）红外激光焊接中能量耦合效率的影响，并通过小孔演变和压力分布分析探究其内在机制。

研究成果

功率调制显著提高了高反射材料（如AZ31镁合金）激光焊接中的能量耦合效率。最佳调制频率为100赫兹，能量耦合效率提升约1.56倍。关键机制在于：即使瞬时功率下降，匙孔底部仍能通过足够的反冲压力形成并维持深匙孔。

研究不足

本研究聚焦于AZ31镁合金和Q345钢，所得结论可能不直接适用于其他材料。实验条件与参数均针对特定实验装置设定，设备或条件的差异可能会影响结果。

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