激光焊透和焊接现象的解释

第36 卷第12 期中国激光V ol36, No. 12 2009 年12 月CHINESE JOURNAL OF LASERS December, 2009

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文章编号: 0258- 7025( 2009) 12-3160- 07

激光焊透和焊接现象的解释

(特约论文)

Seiji Katayama* Youske Kawahito

(缝接和焊接研究所,大阪大学,567 - 0047年大阪,日本)

Corr esponding author : katayama @jwri. osaka-u . ac. Jp

接收2009年10月13日

摘要深入渗透焊接可以由一个高能量密度的激光器产生。而影响激光焊透的因素,有焊缝熔深，激光诱导和激光束之间的相互作用，锁孔是熔体在熔化池中流动的一种行为，并且有气泡和孔隙的产生，阻止了勘察。因此，对等离子体焊缝熔深的效果由CO2激光器和光纤激光器焊接进行解释分别。飞溅，底部填充，驼峰的形成的理解。可以被容易地确认形成在高功率和低的焊接速度，由于许多气泡的产生从该孔隙率尖的。

关键词激光焊接；CO2激光器；光纤激光；激光焊接现象；焊缝熔深

1引言

激光焊接已经获得了极大的普及，有前途的高品质连接技术，高精度，高性能，高速度，好的柔韧性，以及低的变形或失真，除了容易识别还可以广泛的应用。一个机器人，减少电源蒸发增强散热，全自动化，系统化，生产化等[1]。激光焊接的应用是逐渐增加。激光器的缺陷或缺点，使其激光焊接的成本高，高度反射或高难熔塞尔玛导电金属，小间隙公差，易形成焊接，如波河缺陷- 孔隙度在深深地渗透焊缝熔合区。因此，要了解CO2，YAG，或光纤激光器焊缝熔深的机制和现象，各种研究已有进行有关激光诱导行为，激光束和其之间的相互作用诱导等离子，熔体流动，锁孔沟通对话折射率和气泡产生的熔池铅的孔隙形成的焊缝熔合区[2〜26]。

2实验方法

高功率CO2，YAG或光纤激光器的焊接是在304型奥氏体少钢或铝合金板上染色进行的，并且其焊透和焊接现象进行了对比。诱导柱或血浆的激光的特性，在交互的激光束和一缕缕之间观察到或通过使用高速摄像机，规范计量、测量和探测激光束。例如可视化观测系统观测激光束和羽流之间的相互作用、焊接过程被显示在图1 [2，3]。1090纳米的光纤激光器，830 纳米的激光二极管，和63纳米的氦氖激光器或YAG激光器或光纤激光器用作探测光束、激光焊接。

Fig. 1 Schematic of observation and measurement system for visualization of interaction between probe laser beam and laser-induced plume during laser welding

锁孔的行为，气泡的形成，熔体流动，熔池几何形状也通过X射线透射REA-L时间的IM服务。老化装置中，如图2 [4，5]所示。清晰的几何可视化铂（Pt）的金属丝放置在孔类型304的不锈钢板表面上。观察每个形成在1000F/s的帧速率。

Fig. 2 Schematic of a microfocused X-ray transmission in-situ observation system

3影响激光焊缝的因素

渗透

在用连续波激光，焊接渗透率和几何受到的那种激光波长不同，激光功率的光束直径，光束质量，集中力量密度，横电磁模式（TEM），散焦距离（激光聚焦刘先洋，刘晓红），焊接速度等与材料物理性质- 领带（激光束的反射率，热扩散率，表面张力和挥发性元素的含量），环境，如空气，保护气体的种类，气体流量和真空度，激光诱导的质粒等有关[2〜26]。

304型焊接用的CO2激光器在不同的保护气体下制造10千瓦的功率的激光器-I 特德图[4，5]，显示出在保护气体的作用上的渗透。渗透是深藏在气体中的，但所增加的深度是减小氩气与其他气体比率。氮气比氦气的渗透是轻微的。

Fig. 3 Cross sections of type 304 weld beads produced with a 10-kW CO2 laser in different shielding gases

渗透的几何形状和焊缝深度与光纤激光器测距制成从1到10千瓦效率有关，在氩的保护气体中指出图。4[6]。深深地渗透焊缝可以发生在高温下氩保护气的光纤激光焊接。这些数字的比较表明，保护气体的效果是更能指出在比10千瓦更高的功率的CO2 激光器表面增强拉曼光谱，但没有那么大的，只有YAG或光纤熔接激光器具有约1.06微米的波长。

Fig. 4 Penetration geometries and depths of t ype 304 weld beads made with fiber laser power from1 to 10 kW

在各种铝合金离焦距离的函数图5[7]所示。焊缝深近的焦点由于高功率密度（5千瓦），可成为浅在较长的散焦距离。这是联合国- 人们了解的更深的渗透可以很容易地形成合金的大量挥发，例如元素Mg和Zn[7〜9]。

Fig. 5 Effect of defocused distance on penetration depths in various aluminium alloys 焊缝的穿透深度的产生与10千瓦光纤激光器具有不同的光束直径，TERS（不同的功率密度）在焦点如下图焊接速度的函数图6[10]。值得注意的是，在更高的功率密度可以高生产较深的熔珠焊接速度。另一方面，在较低速度，功率密度对焊缝PENE 的效果小，尽管电源加大了在渗透[10，11]中影响。

4激光诱导羽的行为和特性，在连续激光焊接之间的互动激光束和诱导羽

激光诱导气体等离子体和遇到的例子在5 -kW功率,50 -mm / s的速度,和30 - l / min 同轴流动的条件下A5083 CO2激光焊接铝