連續激光焊接機保護氣對焊縫形狀的影響

連續脈沖激光焊接機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，實現優良的焊接接頭。在高功率激光焊接過程中，激光照射到材料表面使工件熔化，但高溫同時伴隨著金屬的氣化，形成金屬蒸汽等離子體。形成的金屬蒸汽等會對激光有吸收、折射和反射的作用，使實際到達工件表面的能量減弱，影響熔池的穩定。

所以焊接過程中需要吹電離能較大的保護氣體抑制等離子體的產生，同時，保護氣在焊接過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。

為什么需要保護氣？

1、可保護聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射

保護氣體可以保護激光焊接機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，由于其噴出物變得非常有力，此時保護透鏡則更為必要。

2、保護氣體對驅散高功率激光焊接產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，金屬蒸氣周圍的保護氣體也會因受熱而電離。如果等離子體存在過多，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。通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復合速率，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，復合速率越高；另一方面，只有電離能高的保護氣體，才不致因氣體本身的電離而增加電子密度。

3、保護氣體可使工件在焊接過程中免受氧化

激光焊接機必須使用一種氣體進行保護，而且程序要設定成先出保護氣體再出激光的方式，防止在連續加工時，脈沖激光出現氧化的現象。而惰性氣體可以保護熔池，當某些材料焊接可不計較表面氧化時則也可不考慮保護，但對大多數應用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護，使工件在焊接過程中免受氧化。

保護氣對焊縫形貌的影響

除了根據焊接材料選擇合適的保護氣外，研究保護氣的吹氣角度、方向、流量等參數對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，研究保護氣不同吹氣角度對焊縫的影響。

通過實驗測試，控制吹氣其他變量相同的情況下，在不同流量大小時對焊縫形貌的影響趨勢相同，只是流量越大，對焊縫熔深影響越明顯，對焊縫表面及下部熔寬影響不大，因此，在保護氣流量為5L／min的情況下且控制其他變量的條件下，僅變更吹氣角度，進行吹氣角度的研究，測試結果如圖1，焊縫形貌橫截面金相圖如圖2。

圖1 不同吹氣方式對焊縫熔深、熔寬的影響

圖2 不同吹氣角度時的焊縫形貌

通過實驗數據看出，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，熔深都快速減小，當吹氣角度為30°時，焊縫熔深達到最大。焊縫熔寬由等離子體對激光的衰減和氣流對熔池的作用共同決定，在吹氣角度為0°時，熔寬最小；隨吹氣角度增大，熔寬增大，當角度大于45°時，熔寬變化不大。

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