激光器|532纳米和1064纳米波长叠加对脉冲Nd: YAG激光铜微焊接的影响（二）纳米

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江苏激光联盟导读：
据悉，研究人员发现，不同的激光对焊接铜有不同的效果，本文对1064 nm和532 nm的叠加激光对铜的焊接进行了研究。本文为第二部分。

叠加中激光焦距和光斑尺寸差异的图示。
3.结果和讨论
3.1. 叠加实验结果
3.1.1. 辐照延迟效应
为了在1064nm激光叠加照射前，实现532nm激光的适当照射，需要仔细选择和设置峰值功率。 Maina等(2018)研究表明，在试样表面提供一个深度约为30μm或表面粗糙度为rz > 27μ m的凹坑，可以有效地稳定过渡工艺条件下铜的微焊接过程。当峰值功率为0.6 kW ，脉冲持续时间为1.2 ms的532 nm激光时，可以获得这种表面波动。如图10所示，获得了约25μm的深度和约50μm的直径。因此， 532 nm激光叠加时的峰值功率为0.6 kW 。该峰值功率设置导致绿光激光器的低功率密度条件为1.98×107w/cm2 。
图10铜的焓与温度的关系。
图11为仅用1064 nm激光照射的区域的表面和截面图像，在没有延迟时间、短延迟时间200 μ s和长延迟时间600 μ s的情况下进行叠加处理时的图像。两种情况下使用的总功率密度均为1064 nm纯激光和叠加是相同的，等于1.29×108w/cm2 。这种功率设置导致1064 nm激光用于铜微焊接时处于过渡加工状态。在叠加情况下，采用低功率密度的532 nm激光器，功率密度为1.98 × 10 7 W/ cm2 。在这种情况下， 1064nm激光的功率密度为1.09×108w/cm2 。在所有情况下，使用1.2 ms矩形脉冲进行处理。
图11有限元分析中热流输入模型的说明。
如图11所示，仅在1064 nm激光的情况下，获得了过渡处理，过渡处理由小孔和热传导模式的混合组成。导热焊接方式一般不能实现深熔透。另一方面，匙孔焊接方式具有孔隙率高的特点，导致焊深穿透。通过叠加，过程得到了稳定，并获得了小孔焊接，导致所有情况下的深熔透。通过使用200μs的短延迟获得最高穿透深度，并且没有孔隙。当辐照延迟时间为600μs时，穿透深度低于延迟时间较短的穿透深度。没有延迟时间的处理导致最小穿透深度。
来源：CC0公共领域
在功率密度为1.98 107 W/cm2时，尽管铜对532 nm激光有较高的吸收，但预计532 nm激光仅会导致热传导焊接。因此，当532 nm激光与1064 nm激光叠加时， 532 nm激光的初始辐照不足以引起小孔的形成。然而，预计将达到熔点以上的高温，使后续的1064 nm激光辐照经历稳定的吸收现象。
这提高了更快的锁孔形成和深穿透。 Giulietti and Lucchesi(1981)、Boyden and Zhang(2006)、Boutalbi et al.(2016)、Wang et al.(2000)等认为，激光辐照的吸附率会随着表面温度的升高而增加。认为200 μ s的短辐照延迟能有效地使表面得到充分的加热，从而增强1064 nm激光辐照的稳定吸收现象。因此，在532 nm和1064 nm激光组合能量的照射下，可以获得较深的穿透和良好的表面质量。
为了充分阐明这些现象，图12对熔融体积进行了评估，显示了熔融体积的变化。通过测量实验观察到的横截面来计算熔融体积。在仅用1064nm激光加工的情况下，熔融体积最高，但其标准偏差非常大，表明该过程非常不稳定。与无延迟时间和长延迟时间的辐照相比，在叠加情况下，短的辐照延迟时间导致更大的熔体体积。
这种变化是由于532 nm激光的初始辐照产生的加热效应，先于1064 nm激光的加热效应。结果表明， 532nm激光在低功率密度下的叠加对熔体体积的增加没有贡献。在此条件下叠加的作用仅是使吸收能量稳定，从而稳定地获得了良好的表面质量和较大的穿透深度。