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激光深穿透焊接过程中的几种效应
2021-11-20
1.等离子体屏蔽效应
高功率密度激光束与物质相互作用时,一旦温度超过材料的沸点,就会在熔池表面产生高压蒸气;在后继激光的作用下,当金属蒸气温度足够高时,会产生光致等离子体(云)。在高功率激光焊接过程中,表现为激光与金属相互作用,不断产生金属蒸气和等离子体。另一方面,焊接时保护气体(如Ar)的电离电位较低,在强激光照射下也会产生等离子体。这就使得焊接上方的等离子云更进- - 步加强,这些等离子体对CO2激光有强烈的吸收和散射作用,会屏蔽后继激光,导致激光熔池中的激光能量减少,严重时还会导致熔池中不能产生小孔效应,从而使焊接熔池减小,这就是所谓等离子体屏蔽效应。等离子体屏蔽对激光深穿透焊接影响极大,必须加以抑制,这将在后面专讲到。
2.壁聚焦效应
当小孔形成后,进人小孔的激光束与小孔的壁面相互作用时,因不能被壁面完全吸收,故必有部分激光被壁面反射至小孔深处的某处重新会聚起来,这现象被称为璧聚焦效应。从图中可看到孔的尖端底部向着工件移动的方向弯曲,这是由于光从孔的前方壁面反射造成的。光在孔内每反射和聚焦一次, 其能量就减少部分, 直到激光能量在小孔深处基本衰减完,小孔深度也不再增大。
3.净化效应
金属内部往往存在着有害杂质或夹杂物,如P、 s、0、N以及非金属夹杂物等,它们或者固溶在金属基体中,或者独立存在于金属基体中。当这些元素或夹杂物存在时,波长为10. 6pμm的CO2激光对非金属的吸收率远远大于对金属的吸收率。当非金属杂质和金属同时受到激光照射时,由于非金属吸收率大,它将吸收较多的激光能量,使其温度迅速上升而汽化,逸出熔池;当杂质元素固溶在金属基体中时,由于这些非金属杂质元素的沸点低,蒸气压高,故也很容易从熔池中逸出。上述两种作用的结果使焊缝中有害元素的杂质减少了。这时对金属的性能,特别是对其塑性和韧性的改善是很有利的。激光对焊缝金属的这种净化现象称为净化效应。
激光深穿透焊接与常规电弧焊相比具有焊缝窄、热影响区小、穿透深度深、焊缝深宽比大(可大于10) 等优点。激光深穿透焊接另电子束焊接相比具有不需要真空、能在大气中进行、环境干净和不产生X射线辐射等优点。
上一个: 激光焊接裂纹产生原因和控制
下一个: 激光加工技术的特点
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