激光焊接吹气方式(激光焊接机保护气)

激光焊接的模式有哪两种

激光焊接机有两种基本形式：

激光焊接机有热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低(105～106W/cm2)，工件吸收激光后，仅抵达表面熔化，然后依托热传导向工件内部传递热量构成熔池。这种焊接形式熔深浅，深宽比较小。

后者激光动车密度高(106～107W/cm2)，工件吸收激光后敏捷熔化甚至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下构成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸汽压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝结后构成焊缝。这种焊接形式熔深大，深宽比也大。在机械制造范畴，除了那些菲薄零件之外，通常应选用深馆焊。

深熔焊进程发作的金属蒸气和维护气体，在激光作用下发作电离，从而在小孔内部和上方构成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此通常来说熔池上方的等离子领会削弱抵达工件的激光能量。并影响光束的聚集作用、对焊接不利。

激光焊接机通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的构成和等离子体效应，使焊接进程中伴随着具有特征的声、光和电荷发作，研究它们与焊接标准及焊缝质量之间的联系，和利用这些特征信号对激光焊接进程及质量进行监控，具有十分重要的理论意义和实用价值。

因为经聚集后的激光束光斑小(0.1～0.3mm)，功率密度高，比电弧焊(5×102～104W/cm2)高几个数量级，因此激光焊接机具有传统焊接办法无法比拟的明显优点：加热规模小，焊缝和热影响区窄，接头性能优秀;剩余应力和焊接变形小，可以完成高精度焊接;可对高熔点、高热导率，热灵敏材料及非金属进行焊接;焊接速度快，生产率高;具有高度柔性，易于完成自动化。

与电子束焊有许多相似之处，但它不需要真空室，不发作X射线，更适合生产中推广应用。激光焊接实际上已取得了电子束焊接20年前的地位，变成高能束焊接技术发展的主流

激光焊的特点

激光焊接有两种基本模式：热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。后者激光动车密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深馆焊。

深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应，使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生，研究它们与焊接规范及焊缝质量之间的关系，和利用这些特征信号对激光焊接过程及质量进行监控，具有十分重要的理论意义和实用价值。

由于经聚焦后的激光束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比电弧焊（5×102～104W/cm2）高几个数量级，因而激光焊接具有传统焊接方法无法比拟的显著优点：加热范围小，焊缝和热影响区窄，接头性能优良；残余应力和焊接变形小，可以实现高精度焊接；可对高熔点、高热导率，热敏感材料及非金属进行焊接；焊接速度快，生产率高；具有高度柔性，易于实现自动化。

激光焊与电子束焊有许多相似之处，但它不需要真空室，不产生X射线，更适合生产中推广应用。激光焊接实际上已取得了电子束焊接20年前的地位，成为高能束焊接技术发展的主流。

激光焊接技术的工艺参数

连续CO2激光焊的工艺参数 　厚度/mm 焊速/(cm/s) 缝宽/mm 深宽比 功率/kw 对接焊缝 321不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 0.13 3.81 0.45 全焊透 5 0.25 1.48 0.71 全焊透 5 0.42 0.47 0.76 部分焊透 55 17-7不锈钢（0Cr7Ni7A1） 0.13 4.65 0.45 全焊透 5 302不锈钢（1Cr18Ni9） 0.13 2.12 0.50 全焊透 5 0.20 1.27 0.50 全焊透 5 0.25 0.42 1.00 全焊透 5 6.35 2.14 0.80 7 3.5 8.9 1.27 1.00 3 8 12.7 0.42 1.00 5 20 20.3 21.1 1.00 5 20 6.35 8.47 —— 3.5 16 因康镍合金600 0.10 6.35 0.25 全焊透 5 0.25 1.69 0.45 全焊透 5 镍合金200 0.13 1.48 0.45 全焊透 5 蒙乃尔合金400 0.25 0.60 0.60 全焊透 5 工业纯钛 0.13 5.92 0.38 全焊透 5 0.25 2.12 0.55 全焊透 5 低碳钢 1.19 0.32 —— 0.63 0.65 搭接焊缝 镀锡钢 0.30 0.85 0.76 全焊透 5 302不锈钢（1Cr18Ni9） 0.40 7.45 0.76 部分焊透 5 0.76 1.27 0.60 部分焊透 5 0.25 0.60 0.60 全焊透 5 角缝焊 321不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 0.25 0.85 —— —— 5 端接焊缝 321不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 0.13 3.60 —— —— 5 0.25 1.06 —— —— 5 0.42 1.90 —— —— 5 17-7不锈钢（0Cr17Ni7A1） 0.13 3.60 —— —— 5 因康镍合金600 0.10 1.06 —— —— 5 0.25 0.60 —— —— 5 0.42 0.76 —— —— 5 镍合金200 0.18 1.06 —— —— 5 蒙乃尔合金400 0.25 激光深熔焊接的主要工艺参数 激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化。氦气不易电离（电离能量较高），可让激光顺利通过，光束能量不受阻碍地直达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体，但价格比较贵。氩气比较便宜，密度较大，所以保护效果较好。但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也损害焊接速度与熔深。使用氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护时来得光滑。氮气作为保护气体最便宜，但对某些类型不锈钢焊接时并不适用，主要是由于冶金学方面问题，如吸收，有时会在搭接区产生气孔。使用保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。保护气体的第三个作用是对驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽很有效。金属蒸气吸收激光束电离成等离子云，金属蒸气周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高；另一方面，只有电离能高的保护气体，才不致因气体本身的电离而增加电子密度。表 　常用气体和金属的原子(分子)量和电离能

材料 氦 氩 氮 铝 镁 铁原子(分子)量 4 40 28 27 24 56电离能(eV) 24.46 15.68 14.5 5.96 7.61 7.83从表可知，等离子体云尺寸与采用的保护气体不同而变化，氦气最小，氮气次之，使用氩气时最大。等离子体尺寸越大，熔深则越浅。造成这种差别的原因首先由于气体分子的电离程度不同，另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸气扩散差别。氦气电离最小，密度最小，它能很快地驱除从金属熔池产生的上升的金属蒸气。所以用氦作保护气体，可最大程度地抑制等离子体，从而增加熔深，提高焊接速度；由于质轻而能逸出，不易造成气孔。当然，从我们实际焊接的效果看，用氩气保护的效果还不错。等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。保护气体是通过喷嘴口以一定的压力射出到达工件表面的，喷嘴的流体力学形状和出口的直径大小十分重要。它必须以足够大以驱使喷出的保护气体覆盖焊接表面，但为了有效保护透镜，阻止金属蒸气污染或金属飞溅损伤透镜，喷口大小也要加以限制。流量也要加以控制，否则保护气的层流变成紊流，大气卷入熔池，最终形成气孔。为了提高保护效果，还可用附加的侧向吹气的方式，即通过一较小直径的喷管将保护气体以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔。保护气体不仅抑制了工件表面的等离子体云，而且对孔内的等离子体及小孔的形成施加影响，熔深进一步增大，获得深宽比较为理想的焊缝。但是，此种方法要求精确控制气流量大小、方向，否则容易产生紊流而破坏熔池，导致焊接过程难以稳定。 焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制

激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率用电子学方法在一个短时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。

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