保护气对激光焊接的影响_影响气体保护焊接质量的因素有哪些

本文目录一览：

• 1、为什么用激光焊接铝合金
• 2、激光焊接机原理
• 3、什么是焊接保护气
• 4、影响激光焊接质量的原因是什么
• 5、固体激光焊接为什么不使用保护气/辅助气体

为什么用激光焊接铝合金

因为激光焊接铝合金有以下优势：

1、能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；

2、冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；

3、与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；

4、不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；

5、可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；

6、激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。

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。

激光焊接机原理

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。

什么是焊接保护气

焊接保护气体的重要作用

从技术角度分析，通过改变保护气体成分，就能对焊接过程产生下列5大重要影响：

（1）提高焊丝熔敷率与传统纯二氧化碳相比，富氩混合气通常带来更高的生产效率。氩气含量应该超过85%以实现射流过渡。当然，提高焊丝熔敷率要求选择合适的焊接参数，焊接效果通常是多参数共同作用的结果，不合适的焊接参数选择通常会降低焊接效率，增加焊后清渣工作。

（2）控制飞溅以及减少焊后清渣氩气的低电离势使电弧稳定性提高，相应的减少了飞溅。最近的焊接电源新技术对CO2焊接的飞溅进行了控制，而在同样条件下，如果使用混合气，能够进一步减少飞溅和扩大焊接参数窗口。

（3）控制焊缝成形，减少过度焊接CO2焊缝倾向于向外突出，导致了过度焊接，使焊接成本增加。氩混气易于控制焊缝成形，避免了焊丝浪费。

（4）提高焊接速度通过使用富氩混合气，即使增加焊接电流，依然能够保持非常好地控制飞溅。这样带来的优势是焊接速度的提高，尤其是对于自动焊接，极大地提高了生产效率。

（5）控制焊接烟尘在同样的焊接操作参数下，富氩混合气相比二氧化碳大大减少了焊接烟尘。相比投资硬件设备来改善焊接操作环境，采用富氩混合气是一个附带的减少源头污染的优势。

分类

焊接保护气体有单元气体，也有二元，三元混合气。单元气体有氩气，二氧化碳，二元混合气有氩和氧，氩和二氧化碳，氩和氦，氩和氢混合气。三元混合气有氦，氩，二氧化碳混合气。应用中视焊材不同选择不同配比的焊接混合气。

常用金属焊接保护气体

（1）Stargold二元氩混气Stargold富氩混合气的特点是焊接电弧稳定，焊接过程平稳，焊后表面光亮，无飞溅，无需焊后打磨。

在一些汽车零部件行业，由于焊缝表面氧化皮的存在，焊后喷漆或电泳均无法附着在氧化皮上。减少气体反应性可以帮助减少这些表面氧化皮的产生。如图1所示。采用stargold5，焊缝表面洁净光亮，无飞溅。

（2）Robostar这是一种适用于自动焊接过程的三元混合气体，熔深能力强，焊接效率高，适合于多种熔滴过渡模式，接头疲劳强度高。尤其适合于汽车行业。当接头焊脚处存在由于焊缝表面外凸引起的焊缝金属向母材表面的不平滑的过渡而造成的多余应力，而引起疲劳强度下降时，Robostar是解决问题的最佳选择。

（3）Stargon与CO2相比，这种三元混合气体可提高焊接速度20%~30%，降低烟尘50%~100%，是一种非常环保的保护气体。适合于各种熔滴过渡形式，焊接过程稳定，焊缝成形好。

影响激光焊接质量的原因是什么

影响激光焊接质量的因素很多．其中一些极易波动，具有相当的不稳定性。如何正确设定和控制这些参数，使其在高速连续的激光焊接过程中控制在合适的范围内，以保证焊接质量首先是焊缝成形的可靠性和稳定性，是关系到激光焊接技术实用化、产业化的重要问题。 以板材对接单面焊双面成形工艺为例，影响激光焊接质量的主要因素分焊接设备，工件状况和工艺参数三方面，如图11所示。

图11 影响激光焊接质量的主要因素 1 焊接设备

对激光器的质量要求最主要的是光束模式和输出功率及其稳定性。光束模式是光束质量的主要指标，光束模式阶数越低，光束聚焦性能越好，光斑越小，相同激光功率下功率密度越高，焊缝深宽越大。一般要求基模（TEM00）或低阶模，否则难以满足高质量激光焊接的要求。虽然目前国产激光器在光束质量和功率输出稳定性方面用于激光焊接还有一定困难。但从国外情况来看，激光器的光束质量和输出功率稳定性已相当高，不会成为激光焊接的问题。

光学系统中影响焊接质量最大的因素是聚焦镜，所用焦距一般在127mm（5in）到200mm（7.9in）之间，焦距小对减小聚焦光束腰斑直径有好处，但过小容易在焊接过程中受污染和飞溅损伤。 2.工件状况

激光焊接要求对工件的边缘进行加工，装配有很高的精度，光斑与焊缝严格对中，而且工件原始装配精度和光斑对中情况在焊接过程中不能因焊接热变形而变化。这是因为激光光斑小，焊缝窄，一般不加填充金属，如装配不严间隙过大，光束能穿过间隙不能熔化母材，或者引起明显的咬边、凹陷，如光斑对缝的偏差稍大就有可能造成未熔合或未焊透。所以，一般板材对接装配间隙和光斑对缝偏差均不应大于0.1mm，错边不应大于0.2mm。当焊缝较长时，焊前的准备难度很大，普通剪床F料一般不能满足要求．必须经过机械加工或用高精度剪床剪切，还必须根据具体工件情况设计合适的精密胎夹具。实际生产中，有时因不能满足这些要求，而无法采用激光焊接技术。 3.焊接参数

（1）对激光焊接模式和焊缝成形稳定件的影响焊接参数中最主要的是激光光斑的功率密度，它对焊接模式和焊缝成形稳定性影响如下：随激光光斑功率密度由小变大依次为稳定热导焊、模式不稳定焊和稳定深熔焊[1][2]，其产生条件和焊缝成形特征如表2所示。 表2 三种激光焊接过程的基本特征

焊接过程 稳定热导焊（HCW） 模式不稳定焊（UMW） 稳定深熔焊（DPW） 产生条件 低功率密度 功率密度介于HCW和DPW之间 高功率密度 焊接模式 热导焊 热导焊和深熔焊随机出现 深熔焊

小孔特点 不形成小孔 小孔间断性地产生和消失 小孔稳定存在

等离子体特点 不产生等离子体 等离子体间断性地产生和消失 稳定的等离子体 焊缝成形特征 熔深和熔宽均很小的近半圆形焊缝 焊缝成形极不狗宝，熔深和熔宽在大小两给跳变 熔深较大的指状焊缝

激光光斑的功率密度，在光束模式和聚焦镜焦距一定的情况下，主要由激光功率和光束焦

点位置决定。激光功率密度与激光功率成正比。而焦点位置的影响则存在一个最佳值；当光束焦点处于工件表面下某一位置（1～2mm范围内，依板厚和参数而异）时，即可获得最理想的焊缝。偏离这个最佳焦点位置，工件表面光斑即变大，引起功率密度变小，到一定范围，就会引起焊接过程形式的变化。

焊接速度对焊接过程形式和稳定件的影响不如激光功率和焦点位置那样显著，只有焊接速度太大时，由于热输入过小而出现无法维持稳定深熔焊过程的情况。

实际焊接时，应根据焊件对熔深的要求选择稳定深熔焊或稳定热导焊，而要绝对避免模式不稳定焊。

（2）在深熔焊范围内，焊接参数对熔深的影响1][3] 在稳定深熔焊范围内，激光功率越高，熔深越大，约为0.7次方的关系；而焊接速变越高，熔深越浅。在一定激光功率和焊接速度条件下焦点处于最佳位置时熔深最大，偏离这个位置，熔深则下降，甚至变为模式不稳定焊接或稳定热导焊。

（3）保护气体的影响 保护气体通常采用氩气或氦气．它们产生等离子体的倾向显著 不同：氦气因其电离电体高，导热快．在同样条件下，比氩气产生等离子体的倾向小，因而可获得更大的熔深。

在一定范围内，随着保护气体流量的增加，抑制等离子体的倾向增大，因而熔深增加，但增至一定范围即趋于平稳。

（4）各参数的可监控性分析在四种焊接参数中，焊接速度和保护气体流量属于容易监控和保持稳定的参数，而激光功率和焦点位置则是焊接过程中可能发生波动而难于监控的参数。

虽然从激光器输出的激光功率稳定性很高且容易监控，但由于有导光和聚焦系统的损耗，到达工件的激光功率会发生变化，而这种损耗与光学工件的质量、使用时间及表面污染情况有关，故不易监测，成为焊接质量的不确定因素。

固体激光焊接为什么不使用保护气/辅助气体

CO2激光和固体激光波长不同，固体激光波长短（约1.06μm，为CO2的十分之一）可以穿过等离子云

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