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01為什么需要保護(hù)氣？

連續(xù)光激光焊接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(shí)現(xiàn)優(yōu)良的焊接接頭。在高功率激光焊接過(guò)程中，激光照射到材料表面使工件熔化，但高溫同時(shí)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(huì)對(duì)激光有吸收、折射和反射的作用，使實(shí)際到達(dá)工件表面的能量減弱，影響熔池的穩(wěn)定。

所以焊接過(guò)程中需要吹電離能較大的保護(hù)氣體抑制等離子體的產(chǎn)生，同時(shí)，保護(hù)氣在焊接過(guò)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。

02保護(hù)氣對(duì)焊縫形貌的影響

除了根據(jù)焊接材料選擇合適的保護(hù)氣外，研究保護(hù)氣的吹氣角度、方向、流量等參數(shù)對(duì)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(hù)氣不同吹氣角度對(duì)焊縫的影響。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，控制吹氣其他變量相同的情況下，在不同流量大小時(shí)對(duì)焊縫形貌的影響趨勢(shì)相同，只是流量越大，對(duì)焊縫熔深影響越明顯，對(duì)焊縫表面及下部熔寬影響不大，因此，在保護(hù)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(jìn)行吹氣角度的研究，測(cè)試結(jié)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(duì)焊縫熔深、熔寬的影響

圖2  不同吹氣角度時(shí)的焊縫形貌

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)，熔深都快速減小，當(dāng)吹氣角度為30°時(shí)，焊縫熔深達(dá)到最大。

焊縫熔寬由等離子體對(duì)激光的衰減和氣流對(duì)熔池的作用共同決定，在吹氣角度為0°時(shí)，熔寬最小；隨吹氣角度增大，熔寬增大，當(dāng)角度大于45°時(shí)，熔寬變化不大。

03結(jié)果分析

保護(hù)氣對(duì)焊縫形貌的影響主要是通過(guò)控制等離子體的大小來(lái)決定激光到達(dá)工件表面的功率密度，觀察焊縫橫截面金相圖，可以看出在0°或75°時(shí)，焊縫形貌傾向于熱導(dǎo)焊模式，在30°和45°時(shí)，呈現(xiàn)明顯的深熔焊形貌。

綜上所述，在相同焊接工藝參數(shù)條件下，若要較大熔深，建議保護(hù)氣吹氣角度為30°，若要表面熔寬較大，建議采用45°吹氣角度，若要下部熔寬較大，建議采用0°或75°吹氣角度。