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    焊縫

截面的縮頸是指在激光焊縫截面上，在熔深的中段焊縫呈現(xiàn)收縮特征，出現(xiàn)焊縫的上下兩端寬、中間窄的現(xiàn)象。在激光焊接中一般并不添加焊絲等填充材料，但在焊接后焊縫表面常出現(xiàn)凸起，這往往影響了激光焊接的表面光潔度。對此現(xiàn)象很多激光焊接工作者都沒有給予應有的重視。在實際某些應用中，如汽車蒙皮、汽車底盤鋼板對焊后表面質(zhì)量要求很高，不允許有任何不平。在一些精密零件的激光焊接也對此有著嚴格要求，任何表面的不平整都可能造成功能失效或者對使用有嚴重影響。因此探索這兩種現(xiàn)象的形成機理，對于控制焊縫的成型、提高焊縫質(zhì)量是很重要的。

 

    焊縫截面的縮頸現(xiàn)象

激光焊縫截面的縮頸現(xiàn)象，與激光焊接的特性是分不開的。經(jīng)大量的研究和試驗，分析認為縮頸現(xiàn)象這個特征的形成是由于下列因素所造成的。

 

 

    1、激光束的偏振

激光是一種電磁波，具有偏振性。高功率CO2激光器輸出的是偏振面不固定的線偏振光。工件金屬表面對入射光中S成分的反射率Rs與P成分的反射率Rp不同。由于高功率激光焊接時，產(chǎn)生深的小孔，并且激光沿焊縫移動，造成小孔前側(cè)壁的傾斜，其斜面的法向與激光束的中心線成角，θ-般在75°~85°之間。在這種入射角很大的情況下，偏振面與入射面平行的P光和垂直的S光反射系數(shù)相差很大。S光幾乎全部被反射，Rs接近于1.0，而P光則大部分被吸收，反射率只有0.3~0.4。這樣就造成了焊縫兩側(cè)的截面形狀不對稱分布。

 

 

    2、小孔壁聚焦

由于激光束在經(jīng)過小孔孔壁的多次反射之后，又會聚于孔底，這就是小孔的壁聚焦效應。在孔底聚焦的激光束又相當于一個點熱源，使得在孔底附近焊縫又出現(xiàn)明顯加寬。這樣在工件表面熱源和孔底點熱源的作用下，焊縫形成上下兩端寬、中間窄的縮頸現(xiàn)象。

 

 

    3、小孔內(nèi)高壓金屬蒸氣的形成

在小孔內(nèi)，金屬迅速熔化汽化，形成金屬蒸氣，受熱膨脹產(chǎn)生的壓力使熔融金屬沿著孔壁向上移動，小孔周圍液體的流動和表面張力傾向于消除小孔，而孔壁材料連續(xù)產(chǎn)生的蒸氣則極力保持住小孔，二者之間是一個動態(tài)的平衡。在孔底附近產(chǎn)生的金屬蒸氣壓力很高，可將上部熔化的部分液體金屬托住。當孔內(nèi)氣體的壓力及激光束的輻射壓力等導致孔底貫穿時，孔內(nèi)高壓蒸氣就部分排除，每排除- -次，孔內(nèi)金屬蒸氣壓力會降低，被托住的連續(xù)形成的熔池部分液體金屬便開始下墜，又將小孔底部封住。隨后孔內(nèi)蒸氣壓力又會升高，到一定值時小孔貫穿而壓力又會降低，此后不斷地重復此過程?？變?nèi)金屬蒸氣和金屬液體是連續(xù)形成的，因此小孔的貫穿與被堵、金屬蒸氣從孔底的排除、液態(tài)金屬的被托與下墜、孔內(nèi)蒸氣壓力的升高與下降都是一個動態(tài)的過程。激光束是連續(xù)移動的，在激光束后部的熔池溫度迅速下降而冷凝，形成所謂的“縮頸”現(xiàn)象。從大量試驗發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生“縮頸"現(xiàn)象都是屬于貫穿焊情況，與深熔焊的孔底聚焦及小孔的貫穿有關(guān)，而研究結(jié)果表明在激光微焊即熔深較淺時不會出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。

 

 

    激光焊接過程中出現(xiàn)的焊縫縮頸是由多種因素綜合影響的結(jié)果，其中焊縫截面的縮頸是因激光束的偏振、小孔壁聚焦、小孔內(nèi)高壓金屬蒸氣的動態(tài)行為引起的，分析焊縫縮頸的成因?qū)τ诳刂坪缚p的成型、提高焊縫質(zhì)量具有重要意義。