保护气体对不锈钢光纤激光焊接的影响

保护气体对不锈钢光纤激光焊接的影响

        随着工业生产能力的提高，高效、敏捷、环保的加工技术正受到越来越广泛的重视。激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率的焊接方法，正好契合了业界这一需求，在航空航天、汽车、造船等领域获得越来越广泛的应用。在诸多影响激光焊的因素中，保护气体占有重要地位。近几年，随着高功率光纤激光器的诞生与发展，光纤激光焊接在以汽车为代表的加工行业迅速普及开来。光纤激光器属于固体激光器的范畴，波长1070nm，远小于CO2激光10.6μm的波长。由于材料对不同波长激光的吸收比例不一样，光纤激光与CO2激光的焊接效果自然有区别。但是，针对光纤激光焊接保护气体研究并不多见。鉴此，本文采用不锈钢材料进行了一系列保护气体参数试验，意在加深对不锈钢光纤激光焊接的理解。

        焊接热源为美国IPG公司的YLR-6000光纤激光器，最大输出功率6kW，光束发散角8mmomrad。工作平台为德国KUKA公司KR60HA六自由度机器人。保护气喷嘴内径为4mm，距离工件高度4mm。为减小不相干因素对试验的干扰，将一部分参数设为固定值：激光功率为1kW，焊接速度为1.5m·min-1，焦距为250mm，离焦量为0mm，焊接方式为单面堆焊。总共进行了四组试验，分别是：气体类型试验(分别选用Ar、He、N2三种气体，比较其对不锈钢的作用效果)、气体混合比例试验(将Ar、He按不同比例混合，观察对焊缝表面形貌及熔深的影响)、吹气角度试验(不同吹气角度对熔深的影响)以及保护气(在工件上的)落点位置对焊缝成形影响的试验。

        采用Ar、He或者N2三者之一做保护气体时，受到气体电离能以及等离子体维持阈值等因素的影响，焊缝熔深按照He＞N2＞Ar的顺序排列。Ar、He混合气体中He含量越高、或者保护气的总流量值越大时，熔深也相应增大。受到保护气体在工件表面流动状态(层流/紊流)改变的影响，焊接熔深随保护气体侧吹角度的增大而减小。随着保护气落点与激光光斑之间相对距离的变化，熔深在增大与减小两种趋势间不断转变；当气体落点距光斑约±1.5mm左右时获得极大值，而在原点(激光光斑)附近得到极小值。
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