激光焊接同轴保护气_激光焊接保护气作用

本文目录一览：

• 1、熔深的影响
• 2、固体激光焊接为什么不使用保护气/辅助气体
• 3、什么是焊接保护气
• 4、激光焊接保护用气体氩气能用氩气和二氧化碳混合气体替代吗，有没有其他更好的气体替代？
• 5、激光焊接机焊接为什么要用到保护气体？
• 6、激光焊机焊接不锈钢，保护气使用氮氩混合气，但速度不能超过2m/min.请求帮忙有什么解决方案？谢谢！

熔深的影响

激光焊接体能量及其对焊缝熔深的影响

激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数，其中离焦量（在激光焊接中，一般用离焦量来表征激光光斑及焦点尺寸）是焊缝熔深的重要影响因素之一。

在电弧焊中，人们常采用焊接线能量或热输入(二者的单位均为J·m-1)来描述和评价焊接过程中电弧电压、焊接电流和焊接速度等焊接规范参数对焊缝熔深的影响，但是这两个参数都没有考虑电弧作用面积对焊缝熔深的影响。

如果用电弧焊中的焊接线能量或热输入来综合评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则不能反映离焦量及焦点尺寸对焊缝熔深的影响。若考虑离焦量的影响，用热输入来评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则容易和电弧焊中的热输入在物理意义上混淆。

目前，在激光焊接的研究中，还没有一个参数能够综合体现焊接规范参数对焊接过程的影响。为了综合评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响以及区别电弧焊中的热输入，本文定义了焊接体能量，并研究了Nd:YAG激光深熔焊接过程中焊接体能量对焊缝熔深的影响。

1. 焊接体能量的定义

为了能够综合评价激光功率、焊接速度、激光辐照面积（离焦量）以及焦点尺寸等焊接规范参数对焊缝熔深的影响，引入焊接体能量的概念，并将焊接体能量qV的定义为：

（1）

式中：Q——激光功率；

V——焊接速度。

S——为辐照在小孔内的激光束光斑面积，实验用的Nd:YAG激光器经焦距为200mm的透镜输出的激光光斑面积与离焦量关系的拟合关系式为[1]：

式中：?z——离焦量；

R0——激光束焦点半径。

因此，焊接体能量又可以表示为：

从焊接体能量的定义中可以看出，焊接体能量的物理意义为单位时间内的激光功率密度或单位面积内的焊接线能量，其单位为J·m-3，不同于电弧焊中焊接线能量和热输入的物理意义和单位J·m-1。

从焊接体能量的定义可以看出，焊接体能量可由激光功率、焊接速度、及离焦量及激光束焦点半径计算得出。图1为焊接体能量随激光功率、焊接速度和离焦量等焊接规范参数的变化。从焊接体能量的定义及图1中可以看出，焊接体能量与激光功率成正比关系，与焊接速度成反比关系，与焦点尺寸成平方关系，而与离焦量成指数关系。焊接体能量的变化能够体现激光功率、焊接速度、离焦量等焊接规范参数的变化。

2. 焊接体能量对焊缝熔深的影响

2.1 试验条件

实验用的激光器为额定功率为2kW的Nd:YAG固体激光器，输出波长为1.06μm的连续波激光，激光束由内径为0.6mm的光纤传输，经焦距为200mm的透镜聚焦输出激光束焦点半径为0.3mm，工件为250×100×1.8mm的Q235钢板，同轴保护气为Ar气。

(a)激光功率(b)焊接速度

(c)离焦量

图1焊接体能量随焊接规范参数的变化

本文的主要目的在于研究焊接体能量对焊缝熔深的影响，因此为了减少接头形式及其尺寸等因素的影响，实验采用Nd:YAG激光平板堆焊，深熔焊接模式，并且只测量工件未焊透时的焊缝熔深。

通过激光功率、焊接速度、离焦量的离散变化实现了焊接体能量的变化。实验过程中的焊接规范参数变化如表1所示。

2.2 焊接体能量对焊缝熔深的影响

在焊接体能量的定义（1）式和（3）式中，焊接速度表征了激光束对小孔辐照时间的长短，而Q/S或则表明了辐照在孔内的激光功率密度的大小。因此，辐照在小孔孔内的焊接体能量从激光辐照时间和功率密度两方面影响、决定着小孔深度和焊缝熔深。由于孔底液态金属层的厚度很小[1-3]，其对焊缝熔深的影响很小，因而在激光深熔焊接研究中，人们通常将焊缝熔深视作小孔深度来处理。

表1焊接规范参数的变化

图2为在激光功率、焊接速度及离焦量变化时焊缝熔深随焊接体能量的变化。

(a)激光功率(b)焊接速度

(c)离焦量

图2焊接规范参数变化时焊接体能量对焊缝熔深的影响

焊接体能量与激光功率呈正比，激光功率密度随着激光功率增大而增大，焊接体能量也随之增大。因而在单位时间内将有更多的激光束能量辐照到小孔底部，激光束对孔底的辐照加热作用增强，孔底蒸发的材料越多，焊缝熔深也就越深。如图2a所示。

焊接体能量与焊接速度呈反比关系，随着焊接速度的加快，激光束对小孔的辐照时间越短，辐照在小孔内的焊接体能量就越小，则孔底蒸发的材料就越少，焊缝熔深就越浅。如图2b所示。

焊接体能量与离焦量呈指数关系，且在理论上关于?z=0mm对称（在实际焊接过程中，由于激光束焦点位置的漂移，使焊接体能量并不关于?z=0mm对称，而是向入焦方向偏移了一定距离，本文中试验中激光束焦点位置的偏移为入焦1mm）。在离焦量变化过程中，随着激光束焦点到工件上表面距离的减小，辐照在小孔内的激光光斑就越小，激光功率密度就越大，焊接体能量也就越大，

对孔底材料的轰击也就越强，孔底蒸发的材料也就越多，焊缝熔深也就越深。如图2c所示。

从上面的分析及图2中可知，焊缝熔深随焊接体能量的变化而近似呈线性变化。焊接体能量越大，则单位时间、单位面积内工件材料接受的激光束辐照的能量越多，蒸发的材料也就越多，从而小孔深度和焊缝熔深也就越深。

从焊接体能量的定义及图1、图2中可以看出，焊接体能量综合了激光功率、焊接速度及离焦量等焊接规范参数对焊缝熔深的影响。

此外，从焊接体能量的定义（3）式中还可以看出，焊接体能量与激光束焦点半径成平方关系，能够体现激光束焦点大小对焊缝熔深的影响。激光束焦点尺寸越小，焊接体能量就越大，也就可以获得更深的焊缝熔深。或者说，在一定的焊接体能量下，获得一定深度的焊缝熔深，如果所用激光束焦点越小，则所需要的激光功率也就越小。因此，可采用强聚焦的方法减小激光束焦点尺寸，从而达到增加熔深或减小激光器输出功率的目的，这一点已被国外有关研究成果所证明[4]。

3. 结论

（1）定义激光焊接体能量，其由激光功率、焊接速度及离焦量计算得到。

（2）焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、离焦量呈指数关系，激光束焦点尺寸越小，焊接体能量越大。

（3）焊缝熔深随着焊接体能量的增大而近似呈线性增大。焊接体能量能够综合体现焊接规范参数对焊缝熔深的影响。

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

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。

激光焊接保护用气体氩气能用氩气和二氧化碳混合气体替代吗，有没有其他更好的气体替代？

看你的焊接材料和焊接工艺要求了，如果不是要求太高的话，可以用氩气加二氧化碳，或者用纯二氧化碳气体

激光焊接机焊接为什么要用到保护气体？

原因可分为三点。

原因一：可保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射

保护气体可以保护激光焊接机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。

原因二：保护气体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。

原因三：保护气体可使工件在焊接过程中免受氧化

激光焊接机必须使用一种气体进行保护，而且程序要设定成先出保护气体再出激光的方式，防止在连续加工时，脉冲激光出现氧化的现象。而惰性气体可以保护熔池，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。

以上就是激光焊接机焊接时为什么要用到保护气体的原因。山东言赫提醒您一般采用氦作保护气体，可最大程度地抑制等离子体，从而增加熔深，提高焊接速度；而且质轻能逸出，不易造成气孔。当然，从我们实际焊接的效果看，用氩气保护的效果也还不错。

激光焊机焊接不锈钢，保护气使用氮氩混合气，但速度不能超过2m/min.请求帮忙有什么解决方案？谢谢！

速度不高有几个可能

1 功率问题 如果功率达不到 有可能达不到相应的焊接深度 （检查镜片是否正常 如果是利用透射式聚焦的 镜片老旧后 焦距会变短 这也会影响速度）

2 如果 速度与工艺参数吻合 则需要改变保护气体 可以试试氦气。。。。有利于抑制等离子体

具体情况 具体分析 希望对你有帮助

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