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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。

  试验材料为3mm厚的SUS304不锈钢板。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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