保護(hù)氣體對(duì)不銹鋼光纖激光焊接的影響

隨著工業(yè)生產(chǎn)能力的提高，高效、敏捷、環(huán)保的加工技術(shù)正受到越來(lái)越廣泛的重視。激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率的焊接方法，正好契合了業(yè)界這一需求，在航空航天、汽車(chē)、造船等領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在諸多影響激光焊的因素中，保護(hù)氣體占有重要地位。近幾年，隨著高功率光纖激光器的誕生與發(fā)展，光纖激光焊接在以汽車(chē)為代表的加工行業(yè)迅速普及開(kāi)來(lái)。光纖激光器屬于固體激光器的范疇，波長(zhǎng)1070nm，遠(yuǎn)小于CO2激光10.6μm的波長(zhǎng)。由于材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收比例不一樣，光纖激光與CO2激光的焊接效果自然有區(qū)別。但是，針對(duì)光纖激光焊接保護(hù)氣體研究并不多見(jiàn)。鑒此，本文采用不銹鋼材料進(jìn)行了一系列保護(hù)氣體參數(shù)試驗(yàn)，意在加深對(duì)不銹鋼光纖激光焊接的理解。

試驗(yàn)材料為3mm厚的SUS304不銹鋼板。焊接熱源為美國(guó)IPG公司的YLR-6000光纖激光器，最大輸出功率6kW，光束發(fā)散角8mmomrad。工作平臺(tái)為德國(guó)KUKA公司KR60HA六自由度機(jī)器人。保護(hù)氣噴嘴內(nèi)徑為4mm，距離工件高度4mm。為減小不相干因素對(duì)試驗(yàn)的干擾，將一部分參數(shù)設(shè)為固定值：激光功率為1kW，焊接速度為1.5m·min-1，焦距為250mm，離焦量為0mm，焊接方式為單面堆焊�？偣策M(jìn)行了四組試驗(yàn)，分別是：氣體類(lèi)型試驗(yàn)(分別選用Ar、He、N2三種氣體，比較其對(duì)不銹鋼的作用效果)、氣體混合比例試驗(yàn)(將Ar、He按不同比例混合，觀察對(duì)焊縫表面形貌及熔深的影響)、吹氣角度試驗(yàn)(不同吹氣角度對(duì)熔深的影響)以及保護(hù)氣(在工件上的)落點(diǎn)位置對(duì)焊縫成形影響的試驗(yàn)。

采用Ar、He或者N2三者之一做保護(hù)氣體時(shí)，受到氣體電離能以及等離子體維持閾值等因素的影響，焊縫熔深按照He＞N2＞Ar的順序排列。Ar、He混合氣體中He含量越高、或者保護(hù)氣的總流量值越大時(shí)，熔深也相應(yīng)增大。受到保護(hù)氣體在工件表面流動(dòng)狀態(tài)(層流/紊流)改變的影響，焊接熔深隨保護(hù)氣體側(cè)吹角度的增大而減小。隨著保護(hù)氣落點(diǎn)與激光光斑之間相對(duì)距離的變化，熔深在增大與減小兩種趨勢(shì)間不斷轉(zhuǎn)變；當(dāng)氣體落點(diǎn)距光斑約±1.5mm左右時(shí)獲得極大值，而在原點(diǎn)(激光光斑)附近得到極小值。