气流辅助增强匙孔激光焊熔深增加机理

采用直径为0.8 mm的气流喷嘴直吹匙孔,开展了不同吹气方向、气流入射点位置及流量下的激光焊试验,为获得增强的匙孔效应和增加的熔深.通过等值线图分析获得了优化的气流参数,最大熔深较传统激光焊增加了约38%.合适入射点位置和流量的增强匙孔气流,不仅压制了等离子体,还将匙孔口部的液态金属向下压,使得匙孔口部明显扩大、熔深增加、焊缝成形良好,匙孔内等离子体的流向发生了改变,因而熔池内液态金属的流向也发生了变化;入射点位置偏后时,其作用区域为匙孔后方熔池,将液态金属向熔池后方推,会导致驼峰焊道的产生.

辅助增强匙孔气流对激光焊接不锈钢组织和显微硬度的影响

以HR-2抗氢钢为试验材料,利用板条型CO2连续激光器,采用喷嘴在前、入射角为60°的匙孔增强气流,进行了不同参数下的激光焊接试验.结果表明,在气流辅助增强匙孔激光焊中,匙孔气喷嘴在前的布局对熔池扰动小,能获得较好的焊缝成形;与传统激光焊接相比,熔深增加、熔宽明显减小,焊缝形状呈葫芦型,这是匙孔气流压制等离子体、使匙孔向底部凹陷的结果;从焊缝组织来看,增强激光焊焊缝的柱状晶较短小,焊缝中心呈现等轴晶形态,属于FA的不锈钢凝固模式.与传统激光焊不同,气流辅助增强匙孔激光焊的焊缝、热影响区显微硬度与母材相当,这可能是引入的增强匙孔气流改善了焊缝金属的冷却条件,更少铁素体析出的结果.

辅助增强匙孔激光焊接的等离子体特征

等离子体的有效抑制是提高激光焊接能量吸收率、熔池小孔稳定性的重要途径，气流辅助激光焊接是通过控制等离子体行为增加激光焊接熔深的有效途径之一。采用1．5kW板条型CO2连续激光器，开展了不同气流参数下的激光焊接试验，同时采用高速摄像机拍摄等离子行为。通过图像处理方法提取了不同条件下的等离子云质心点坐标、质心方向、等离子云面积等参数。结果表明，激光焊接过程中等离子体的产生和喷发存在一定的周期性，等离子云的波动周期大致在2～10ms之间。无论是采用喷嘴在前或在后的布置，随着辅助气流流量的增加，等离子云的面积都有逐渐减少的趋势，并且减小的速度很快，当流量增加到6L／min时等离子体云几乎完全抑制。喷嘴在后布置时的辅助气流敏感性更强，在同样的气流流量变化时，其等离子云抑制更为显著。