連續(xù)激光焊接機(jī)的保護(hù)氣對(duì)焊縫形狀的影響

連續(xù)脈沖激光焊接機(jī)是利用高能激光束作為熱源照射到工件表面，從而使工件熔化并連接，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的焊接接頭。在高功率激光焊接過(guò)程中，激光照射到材料表面使工件熔化，但高溫同時(shí)伴隨著金屬的氣化，形成金屬蒸汽等離子體。形成的金屬蒸汽等會(huì)對(duì)激光有吸收、折射和反射的作用，使實(shí)際到達(dá)工件表面的能量減弱，影響熔池的穩(wěn)定。

所以焊接過(guò)程中需要吹電離能較大的保護(hù)氣體抑制等離子體的產(chǎn)生，同時(shí)，保護(hù)氣在焊接過(guò)程中還具有隔絕空氣的作用，使熔池不被氧化；也可以減小焊接飛濺，使焊縫表面均勻光滑。

為什么需要保護(hù)氣？

1、可保護(hù)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射

保護(hù)氣體可以保護(hù)激光焊接機(jī)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射，特別在高功率焊接時(shí)，由于其噴出物變得非常有力，此時(shí)保護(hù)透鏡則更為必要。

2、保護(hù)氣體對(duì)驅(qū)散高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子屏蔽很有效

金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周?chē)谋Ｗo(hù)氣體也會(huì)因受熱而電離。如果等離子體存在過(guò)多，激光束在某種程度上被等離子體消耗。等離子體作為第二種能量存在于工作表面，使得熔深變淺、焊接熔池表面變寬。通過(guò)增加電子與離子和中性原子三體碰撞來(lái)增加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，碰撞頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的保護(hù)氣體，才不致因氣體本身的電離而增加電子密度。

3、保護(hù)氣體可使工件在焊接過(guò)程中免受氧化

激光焊接機(jī)必須使用一種氣體進(jìn)行保護(hù)，而且程序要設(shè)定成先出保護(hù)氣體再出激光的方式，防止在連續(xù)加工時(shí)，脈沖激光出現(xiàn)氧化的現(xiàn)象。而惰性氣體可以保護(hù)熔池，當(dāng)某些材料焊接可不計(jì)較表面氧化時(shí)則也可不考慮保護(hù)，但對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)，使工件在焊接過(guò)程中免受氧化。

保護(hù)氣對(duì)焊縫形貌的影響

除了根據(jù)焊接材料選擇合適的保護(hù)氣外，研究保護(hù)氣的吹氣角度、方向、流量等參數(shù)對(duì)焊縫形貌的影響十分必要。下面我們基于相同的焊接條件下，研究保護(hù)氣不同吹氣角度對(duì)焊縫的影響。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，控制吹氣其他變量相同的情況下，在不同流量大小時(shí)對(duì)焊縫形貌的影響趨勢(shì)相同，只是流量越大，對(duì)焊縫熔深影響越明顯，對(duì)焊縫表面及下部熔寬影響不大，因此，在保護(hù)氣流量為5L／min的情況下且控制其他變量的條件下，僅變更吹氣角度，進(jìn)行吹氣角度的研究，測(cè)試結(jié)果如圖1，焊縫形貌橫截面金相圖如圖2。

圖1 不同吹氣方式對(duì)焊縫熔深、熔寬的影響

圖2 不同吹氣角度時(shí)的焊縫形貌

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，焊縫熔深隨著吹氣角度的增大先增大，后減小，在0°或大于45°時(shí)，熔深都快速減小，當(dāng)吹氣角度為30°時(shí)，焊縫熔深達(dá)到最大。

焊縫熔寬由等離子體對(duì)激光的衰減和氣流對(duì)熔池的作用共同決定，在吹氣角度為0°時(shí)，熔寬最??；隨吹氣角度增大，熔寬增大，當(dāng)角度大于45°時(shí)，熔寬變化不大。

審核編輯：湯梓紅