龔宏偉+冷曉春

文章編號(hào)： 10055630(2014)03024304

收稿日期： 20140318

基金項(xiàng)目： 上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助項(xiàng)目(12XD1422700)

作者簡(jiǎn)介： 龔宏偉(1965),男,高級(jí)工程師,主要從事核電設(shè)備的機(jī)械加工、焊接方面的研究。

摘要： 為了研究大功率光纖激光焊在304不銹鋼上的焊縫成形,使用5～7 kW的激光功率,10～100 mm/s的焊接速度在16 mm厚的304奧氏體不銹鋼上進(jìn)行全覆蓋參數(shù)試驗(yàn)。隨后觀察了焊縫的熔深、熔寬、焊縫形狀等成形參數(shù)。結(jié)果表明,焊接速度低于20 mm/s時(shí),焊縫表面會(huì)形成隆起,熔深隨速度減慢,迅速增加;焊接速度在30～40 mm/s時(shí),焊縫表面變得凹凸不平且兩邊存在咬邊,熔深隨速度減慢且小幅增加;焊接速度介于50 mm/s和90 mm/s之間時(shí),焊縫的熔深和熔寬幾乎不變;而當(dāng)速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔深急劇減小,且釘頭形焊縫的形狀發(fā)生了很大的改變。通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合小孔效應(yīng)和熔池特性分析了激光焊縫的成形機(jī)理,對(duì)大功率光纖激光焊接形成了更全面的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞： 304不銹鋼; 光纖激光焊; 小孔效應(yīng); 成型機(jī)理

中圖分類號(hào)： TG 456.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.03.012

A study on formation of high power fiberlaser weld of 304 stainless steel

GONG Hongwei, LENG Xiaochun

(Shanghai No.1 Machine Tool Works Co., Ltd., Shanghai 201308, China)

Abstract： A full coverage experiment with 5-7 kW laser power and 10-100 mm/s welding speed are made to study the weld bead formation of high power fiber laser welding on 304 austinite stainless steel. Then, welding formation characteristics such as penetration deepth, weld bead width and shape are observed. The results show that humping occurs and penetration depth increases rapidly when the travel speed is lower than 20 mm/s; weld bead is lower than the initial surface occasionally and undercut occurs when the travel speed is 30-40 mm/s; weld depth and width are almost the same when the travel speeds are among 50-90 mm/s; weld depth decreases suddenly and shape of naillike weld changes a lot when the travel speed arrives at 100 mm/s. By analysing the results in connection with the keyhole and melt pool characteristics, we have a deeper understanding of the weld formation mechanism and high power fiber laser welding.

Key words： 304 stainless steel; fiberlaser weld; keyhole; formation mechanism

引言隨著激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展,大功率激光焊接(激光功率5 kW以上)逐漸進(jìn)入了工業(yè)領(lǐng)域。目前世界上用于工業(yè)焊接的激光器主要有CO2激光和光纖圖1不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收率

Fig.1Absorption ratio of different materials

with different laser wavelength激光兩類。CO2激光以CO2氣體作為工作介質(zhì),其激光波長(zhǎng)為10.6 μm,而光纖激光則以光纖作為工作介質(zhì),其激光波長(zhǎng)為1.07 μm。目前世界上兩種激光都研發(fā)出了15 kW以上的激光器,且都擁有較好的光束質(zhì)量。但由于工業(yè)中常用的鐵基母材對(duì)光纖激光的吸收率要大于CO2激光(見(jiàn)圖1),且光纖激光具有光電轉(zhuǎn)化率高、柔性、維護(hù)成本低等特點(diǎn),故光纖激光在工業(yè)領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢(shì)。本文所采用的即是最大功率為15 kW的多模光纖激光器。本試驗(yàn)所使用的母材為304奧氏體不銹鋼,與其他類型的鋼相比,奧氏體不銹鋼是較易焊接的,在任何溫度下都不發(fā)生相變,對(duì)氫不敏感,焊接接頭在焊態(tài)下具有較好的塑韌性［1］。304不銹鋼在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛,研究它的激光焊接性能是十分有必要的。以激光焊為代表的高能束焊,最重要的特征是小孔效應(yīng)，即在能量密度大于106 W/cm2的激光光束作用下,金屬發(fā)生熔化的同時(shí)發(fā)生氣化,氣化所產(chǎn)生的反沖壓力將四周的熔化金屬排開(kāi)從而形成小孔。小孔效應(yīng)是研究焊縫成形的基礎(chǔ)。除此之外,熔池流動(dòng)也是焊縫成形的重要影響因素,而激光焊的熔池流動(dòng)與蒸汽壓、表面張力等多種內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力有非常復(fù)雜的聯(lián)系［2］。光學(xué)儀器第36卷

第3期龔宏偉，等：304不銹鋼大功率光纖激光焊成形研究

一般而言,對(duì)于特定型號(hào)(光源、光纖尺寸、焦距、光斑直徑等均相同)的激光焊接系統(tǒng),影響焊縫成形的主要參數(shù)為:激光功率、焊接速度和離焦量。激光功率與熔深成正比;焊接速度與熔深以及熔寬均成正比［3］;離焦量對(duì)焊縫的影響較為復(fù)雜,不同焊接設(shè)備、焊接參數(shù)下會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果［36］。對(duì)于本文的光纖激光焊機(jī)而言,經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得知,離焦量在0附近時(shí)熔深最大,增大或減小離焦量均會(huì)使熔深減小。本試驗(yàn)的目的是通過(guò)獲得不同激光焊接參數(shù)下的焊縫成形特征(熔深、熔寬等),總結(jié)出小孔效應(yīng)在激光焊中對(duì)焊縫成形的影響。圖2試件形式

Fig.2Form of test sample1試驗(yàn)方法本試驗(yàn)所用的304不銹鋼板厚度為16 mm。為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)步驟,激光束直接作用于一塊鋼板的表面,等效于間隙為0的不銹鋼鋼板對(duì)接接頭,試件形式如圖2所示。由于本次試驗(yàn)的目的是給焊接6.35 mm試板對(duì)接接頭提供參考,因此,采用了全覆蓋試驗(yàn),選擇的激光功率范圍為5～7 kW(每1 kW遞進(jìn)),焊接速度為10～100 mm/s(每10 mm/s遞進(jìn));為了減少試驗(yàn)數(shù)量,僅選用無(wú)離焦量一種。焊接完成后將三塊試板沿中心割開(kāi),拋光并腐蝕剖面后,使用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量每條焊縫熔深和熔寬。2試驗(yàn)結(jié)果

2.1焊縫熔深圖3給出了所有試驗(yàn)焊接參數(shù)下焊縫熔深的變化曲線。由圖可知,在焊接速度相同的條件下,激光功率越大,熔深也越大。但在激光功率相同的情況下,熔深圖3不同焊接參數(shù)下的焊縫熔深

Fig.3Penetration depth of different

laser parameters隨焊接速度變化的情況則較為復(fù)雜:在50 mm/s以下時(shí),熔深隨焊接速度增加而減小的趨勢(shì)較為明顯;在50～90 mm/s的速度區(qū)間內(nèi)熔深幾乎沒(méi)有變化,而當(dāng)焊接速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔深又急劇減小。

2.2焊縫熔寬圖4給出了所有試驗(yàn)焊接參數(shù)下焊縫熔寬的變化曲線。由圖可見(jiàn),對(duì)于相同的激光功率,熔寬變化曲線具有與熔深相同的特征,即50 mm/s以下時(shí),熔寬隨焊接速度增加而減小的趨勢(shì)較為明顯;在50～90 mm/s的速度區(qū)間內(nèi)熔寬幾乎沒(méi)有變化,而當(dāng)焊接速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔寬突然減小。但當(dāng)焊接速度相同時(shí),激光功率對(duì)熔寬的影響不大。

2.3焊縫成形圖5所示為6 kW激光功率下不同焊接速度時(shí)典型的焊縫表面和剖面照片。由圖可知,焊接速度在50 mm/s以上時(shí),焊縫表面均有均勻的凸起,飛濺也較少,但當(dāng)速度達(dá)到100 mm/s時(shí),焊縫形狀突然發(fā)生了改變,熔深和熔寬均大幅減小;當(dāng)焊接速度在50 mm/s以下時(shí),隨著焊接速度的減小,焊縫熔深開(kāi)始增加,飛濺也開(kāi)始變多,焊縫先是出現(xiàn)咬邊,隨后又出現(xiàn)了周期性的隆起。

圖4不同焊接參數(shù)下的焊縫熔寬

Fig.4Bead width of different

laser parameters圖5不同焊接速度下的焊縫表面及剖面

Fig.5Weld bead surface and cross

section of different travel speeds

3討論以下結(jié)合小孔效應(yīng)和熔池的流動(dòng)對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析:Fabbro［2］采用高速攝像頭觀察了80～330 mm/s焊接速度時(shí)的焊縫成形過(guò)程,其中80 mm/s和100 mm/s的焊縫成形與本文吻合(如圖6所示)。80 mm/s時(shí)高速攝像機(jī)觀察到的熔池在小孔周?chē)纬奢^為均勻的凸起,形成穩(wěn)定的焊縫,僅有一些小飛濺主要從小孔前端飛出;100 mm/s時(shí)高速攝像頭觀察

圖6參考文獻(xiàn)［2］中的焊縫成形與本文焊縫比較

Fig.6Compare weld formation in reference ［2］ with this paper′s

到小孔較深部位有熔池金屬液體周期性地從小孔后部溢出,使熔池產(chǎn)生前后擺動(dòng),干擾了小孔的形成［7］,這很好地解釋了焊縫熔深突然變小的現(xiàn)象。50～90 mm/s焊接速度下,焊縫形狀和熔深幾乎沒(méi)有變化,這說(shuō)明在此速度區(qū)間內(nèi),小孔能夠保持穩(wěn)定,熔池流動(dòng)也比較平穩(wěn)。當(dāng)焊接速度低于50 mm/s時(shí),焊縫熔深迅速增加,同時(shí)熔寬也大幅增大,“釘頭”部分變大。30 mm/s和40 mm/s時(shí),焊縫表面變得凹凸不平,同時(shí)兩邊形成咬邊;20 mm/s和10 mm/s時(shí)焊縫表面形成比較大的隆起,但咬邊消失。由于缺少高速攝像頭的圖像,我們推測(cè)產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因?yàn)?隨著焊接速度的減小,熱輸入增加,焊縫表面所熔化的金屬增多(此時(shí)“釘頭”部分變大),小孔附近的蒸汽壓使釘頭部分的熔化金屬溢出,速度較快時(shí),從小孔前端溢出的金屬流向小孔的兩側(cè),將從小孔后部溢出的金屬向中間推動(dòng),因此形成了咬邊;速度較慢時(shí),大量熔化金屬周期性地從小孔后部“涌”出,兩側(cè)溢出的金屬不足以推動(dòng)這些熔化金屬,因此形成了周期性的隆起。而熔深增大的原因可能有兩種:其一,小孔底部的蒸汽壓力變大,打破了與底部熔化金屬表面張力的平衡,造成小孔向母材內(nèi)部“鉆孔”;其二,由于越來(lái)越多表面母材的熔化和溢出造成實(shí)際的母材厚度變小。4結(jié)論綜上所述,通過(guò)以上激光焊接試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果觀察以及分析,激光焊縫的成形與小孔效應(yīng)以及熔池特征有著極為密切的關(guān)系,通過(guò)以上分析可以得到以下結(jié)論:(1)在合理的焊接參數(shù)范圍內(nèi),沒(méi)有熔池金屬溢出,小孔和熔池均處于穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)同一功率下的焊縫熔深基本相同。對(duì)于本試驗(yàn)而言,5～7 kW激光功率下,50～90 mm/s的焊接速度為此合理焊接參數(shù)范圍;(2)超出結(jié)論1所述的焊接參數(shù)范圍,小孔或熔池將變得不穩(wěn)定,從而造成熔深的減小或增加,同時(shí)伴有咬邊、焊縫隆起等外觀缺陷。參考文獻(xiàn)：

［1］劉會(huì)杰.焊接冶金與焊接性［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

［2］FABBRO R.Melt pool and keyhole behavior analysis for deep penetration laser welding［J］.Journal of Physics D:Applied Physics,2010,43(44):445501.

［3］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:451454.

［4］MINHYO S,KAZUHIRO N.Weld bead formation by 10 kW class high power fiber laser on 16 mm thickness carbon steel plate［J］.Transactions of JWRI,2010,39(1):3338.

［5］倪濤,屠艷,魯金忠,等.光纖激光焊接ANSI304不銹鋼中厚板工藝參數(shù)研究［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化,2011,40(15):6771.

［6］MONEM A,BATAHGY E.Effect of laser welding parameters on fusion zone shape and solidification structure of austenitic stainless steels［J］.Materials Letters,1997,32(23):155163.

［7］KAWAHITO Y,MIZUTANI M,KATAYAMA S.High quality welding of stainless steel with 10 kW high power fiber laser［J］.Science and Technology of Welding and Joining,2009,14(4):288294.

Fig.3Penetration depth of different

laser parameters隨焊接速度變化的情況則較為復(fù)雜:在50 mm/s以下時(shí),熔深隨焊接速度增加而減小的趨勢(shì)較為明顯;在50～90 mm/s的速度區(qū)間內(nèi)熔深幾乎沒(méi)有變化,而當(dāng)焊接速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔深又急劇減小。

2.2焊縫熔寬圖4給出了所有試驗(yàn)焊接參數(shù)下焊縫熔寬的變化曲線。由圖可見(jiàn),對(duì)于相同的激光功率,熔寬變化曲線具有與熔深相同的特征,即50 mm/s以下時(shí),熔寬隨焊接速度增加而減小的趨勢(shì)較為明顯;在50～90 mm/s的速度區(qū)間內(nèi)熔寬幾乎沒(méi)有變化,而當(dāng)焊接速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔寬突然減小。但當(dāng)焊接速度相同時(shí),激光功率對(duì)熔寬的影響不大。

2.3焊縫成形圖5所示為6 kW激光功率下不同焊接速度時(shí)典型的焊縫表面和剖面照片。由圖可知,焊接速度在50 mm/s以上時(shí),焊縫表面均有均勻的凸起,飛濺也較少,但當(dāng)速度達(dá)到100 mm/s時(shí),焊縫形狀突然發(fā)生了改變,熔深和熔寬均大幅減小;當(dāng)焊接速度在50 mm/s以下時(shí),隨著焊接速度的減小,焊縫熔深開(kāi)始增加,飛濺也開(kāi)始變多,焊縫先是出現(xiàn)咬邊,隨后又出現(xiàn)了周期性的隆起。

圖4不同焊接參數(shù)下的焊縫熔寬

Fig.4Bead width of different

laser parameters圖5不同焊接速度下的焊縫表面及剖面

Fig.5Weld bead surface and cross

section of different travel speeds

3討論以下結(jié)合小孔效應(yīng)和熔池的流動(dòng)對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析:Fabbro［2］采用高速攝像頭觀察了80～330 mm/s焊接速度時(shí)的焊縫成形過(guò)程,其中80 mm/s和100 mm/s的焊縫成形與本文吻合(如圖6所示)。80 mm/s時(shí)高速攝像機(jī)觀察到的熔池在小孔周?chē)纬奢^為均勻的凸起,形成穩(wěn)定的焊縫,僅有一些小飛濺主要從小孔前端飛出;100 mm/s時(shí)高速攝像頭觀察

圖6參考文獻(xiàn)［2］中的焊縫成形與本文焊縫比較

Fig.6Compare weld formation in reference ［2］ with this paper′s

到小孔較深部位有熔池金屬液體周期性地從小孔后部溢出,使熔池產(chǎn)生前后擺動(dòng),干擾了小孔的形成［7］,這很好地解釋了焊縫熔深突然變小的現(xiàn)象。50～90 mm/s焊接速度下,焊縫形狀和熔深幾乎沒(méi)有變化,這說(shuō)明在此速度區(qū)間內(nèi),小孔能夠保持穩(wěn)定,熔池流動(dòng)也比較平穩(wěn)。當(dāng)焊接速度低于50 mm/s時(shí),焊縫熔深迅速增加,同時(shí)熔寬也大幅增大,“釘頭”部分變大。30 mm/s和40 mm/s時(shí),焊縫表面變得凹凸不平,同時(shí)兩邊形成咬邊;20 mm/s和10 mm/s時(shí)焊縫表面形成比較大的隆起,但咬邊消失。由于缺少高速攝像頭的圖像,我們推測(cè)產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因?yàn)?隨著焊接速度的減小,熱輸入增加,焊縫表面所熔化的金屬增多(此時(shí)“釘頭”部分變大),小孔附近的蒸汽壓使釘頭部分的熔化金屬溢出,速度較快時(shí),從小孔前端溢出的金屬流向小孔的兩側(cè),將從小孔后部溢出的金屬向中間推動(dòng),因此形成了咬邊;速度較慢時(shí),大量熔化金屬周期性地從小孔后部“涌”出,兩側(cè)溢出的金屬不足以推動(dòng)這些熔化金屬,因此形成了周期性的隆起。而熔深增大的原因可能有兩種:其一,小孔底部的蒸汽壓力變大,打破了與底部熔化金屬表面張力的平衡,造成小孔向母材內(nèi)部“鉆孔”;其二,由于越來(lái)越多表面母材的熔化和溢出造成實(shí)際的母材厚度變小。4結(jié)論綜上所述,通過(guò)以上激光焊接試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果觀察以及分析,激光焊縫的成形與小孔效應(yīng)以及熔池特征有著極為密切的關(guān)系,通過(guò)以上分析可以得到以下結(jié)論:(1)在合理的焊接參數(shù)范圍內(nèi),沒(méi)有熔池金屬溢出,小孔和熔池均處于穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)同一功率下的焊縫熔深基本相同。對(duì)于本試驗(yàn)而言,5～7 kW激光功率下,50～90 mm/s的焊接速度為此合理焊接參數(shù)范圍;(2)超出結(jié)論1所述的焊接參數(shù)范圍,小孔或熔池將變得不穩(wěn)定,從而造成熔深的減小或增加,同時(shí)伴有咬邊、焊縫隆起等外觀缺陷。參考文獻(xiàn)：

［1］劉會(huì)杰.焊接冶金與焊接性［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

［2］FABBRO R.Melt pool and keyhole behavior analysis for deep penetration laser welding［J］.Journal of Physics D:Applied Physics,2010,43(44):445501.

［3］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:451454.

［4］MINHYO S,KAZUHIRO N.Weld bead formation by 10 kW class high power fiber laser on 16 mm thickness carbon steel plate［J］.Transactions of JWRI,2010,39(1):3338.

［5］倪濤,屠艷,魯金忠,等.光纖激光焊接ANSI304不銹鋼中厚板工藝參數(shù)研究［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化,2011,40(15):6771.

［6］MONEM A,BATAHGY E.Effect of laser welding parameters on fusion zone shape and solidification structure of austenitic stainless steels［J］.Materials Letters,1997,32(23):155163.

［7］KAWAHITO Y,MIZUTANI M,KATAYAMA S.High quality welding of stainless steel with 10 kW high power fiber laser［J］.Science and Technology of Welding and Joining,2009,14(4):288294.

Fig.3Penetration depth of different

laser parameters隨焊接速度變化的情況則較為復(fù)雜:在50 mm/s以下時(shí),熔深隨焊接速度增加而減小的趨勢(shì)較為明顯;在50～90 mm/s的速度區(qū)間內(nèi)熔深幾乎沒(méi)有變化,而當(dāng)焊接速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔深又急劇減小。

2.2焊縫熔寬圖4給出了所有試驗(yàn)焊接參數(shù)下焊縫熔寬的變化曲線。由圖可見(jiàn),對(duì)于相同的激光功率,熔寬變化曲線具有與熔深相同的特征,即50 mm/s以下時(shí),熔寬隨焊接速度增加而減小的趨勢(shì)較為明顯;在50～90 mm/s的速度區(qū)間內(nèi)熔寬幾乎沒(méi)有變化,而當(dāng)焊接速度達(dá)到100 mm/s時(shí),熔寬突然減小。但當(dāng)焊接速度相同時(shí),激光功率對(duì)熔寬的影響不大。

2.3焊縫成形圖5所示為6 kW激光功率下不同焊接速度時(shí)典型的焊縫表面和剖面照片。由圖可知,焊接速度在50 mm/s以上時(shí),焊縫表面均有均勻的凸起,飛濺也較少,但當(dāng)速度達(dá)到100 mm/s時(shí),焊縫形狀突然發(fā)生了改變,熔深和熔寬均大幅減小;當(dāng)焊接速度在50 mm/s以下時(shí),隨著焊接速度的減小,焊縫熔深開(kāi)始增加,飛濺也開(kāi)始變多,焊縫先是出現(xiàn)咬邊,隨后又出現(xiàn)了周期性的隆起。

圖4不同焊接參數(shù)下的焊縫熔寬

Fig.4Bead width of different

laser parameters圖5不同焊接速度下的焊縫表面及剖面

Fig.5Weld bead surface and cross

section of different travel speeds

3討論以下結(jié)合小孔效應(yīng)和熔池的流動(dòng)對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析:Fabbro［2］采用高速攝像頭觀察了80～330 mm/s焊接速度時(shí)的焊縫成形過(guò)程,其中80 mm/s和100 mm/s的焊縫成形與本文吻合(如圖6所示)。80 mm/s時(shí)高速攝像機(jī)觀察到的熔池在小孔周?chē)纬奢^為均勻的凸起,形成穩(wěn)定的焊縫,僅有一些小飛濺主要從小孔前端飛出;100 mm/s時(shí)高速攝像頭觀察

圖6參考文獻(xiàn)［2］中的焊縫成形與本文焊縫比較

Fig.6Compare weld formation in reference ［2］ with this paper′s

到小孔較深部位有熔池金屬液體周期性地從小孔后部溢出,使熔池產(chǎn)生前后擺動(dòng),干擾了小孔的形成［7］,這很好地解釋了焊縫熔深突然變小的現(xiàn)象。50～90 mm/s焊接速度下,焊縫形狀和熔深幾乎沒(méi)有變化,這說(shuō)明在此速度區(qū)間內(nèi),小孔能夠保持穩(wěn)定,熔池流動(dòng)也比較平穩(wěn)。當(dāng)焊接速度低于50 mm/s時(shí),焊縫熔深迅速增加,同時(shí)熔寬也大幅增大,“釘頭”部分變大。30 mm/s和40 mm/s時(shí),焊縫表面變得凹凸不平,同時(shí)兩邊形成咬邊;20 mm/s和10 mm/s時(shí)焊縫表面形成比較大的隆起,但咬邊消失。由于缺少高速攝像頭的圖像,我們推測(cè)產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因?yàn)?隨著焊接速度的減小,熱輸入增加,焊縫表面所熔化的金屬增多(此時(shí)“釘頭”部分變大),小孔附近的蒸汽壓使釘頭部分的熔化金屬溢出,速度較快時(shí),從小孔前端溢出的金屬流向小孔的兩側(cè),將從小孔后部溢出的金屬向中間推動(dòng),因此形成了咬邊;速度較慢時(shí),大量熔化金屬周期性地從小孔后部“涌”出,兩側(cè)溢出的金屬不足以推動(dòng)這些熔化金屬,因此形成了周期性的隆起。而熔深增大的原因可能有兩種:其一,小孔底部的蒸汽壓力變大,打破了與底部熔化金屬表面張力的平衡,造成小孔向母材內(nèi)部“鉆孔”;其二,由于越來(lái)越多表面母材的熔化和溢出造成實(shí)際的母材厚度變小。4結(jié)論綜上所述,通過(guò)以上激光焊接試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果觀察以及分析,激光焊縫的成形與小孔效應(yīng)以及熔池特征有著極為密切的關(guān)系,通過(guò)以上分析可以得到以下結(jié)論:(1)在合理的焊接參數(shù)范圍內(nèi),沒(méi)有熔池金屬溢出,小孔和熔池均處于穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)同一功率下的焊縫熔深基本相同。對(duì)于本試驗(yàn)而言,5～7 kW激光功率下,50～90 mm/s的焊接速度為此合理焊接參數(shù)范圍;(2)超出結(jié)論1所述的焊接參數(shù)范圍,小孔或熔池將變得不穩(wěn)定,從而造成熔深的減小或增加,同時(shí)伴有咬邊、焊縫隆起等外觀缺陷。參考文獻(xiàn)：

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