激光焊接中的气体保护、等离子和羽流控制
工艺气体在高性能激光焊接中可以发挥至少三个重要作用:
屏蔽:在钛等活性金属存在的情况下,保护熔池和固化焊道免受大气氧化,从而提高焊接质量。大多数市售的惰性焊接气体都可以发挥这一作用。这些可以从激光束的一侧传输到工件,例如通过同轴喷嘴或具有较大开口的侧喷嘴。
等离子体控制/抑制:如果钥匙孔上方有足够的电离蒸汽(或等离子体),这可以最大限度地减少激光束的衰减和散射。这一功能比屏蔽更难实现,并且受到所用气体的许多财产的强烈影响。
以下因素对有效的等离子体控制很重要:
离子电势:当使用CO2激光焊接钢时,使用电离电势高于铁的气体(如氦)是很重要的。特别是,具有低电离电势的气体,如氩气(Ar),可以很容易地变成等离子体,并有助于在钥匙孔上方形成等离子体,而不是减少等离子体。
散热:对于热导率较高的气体,CO2激光焊接过程中产生的等离子体的冷却更高,因此对其形成效率的控制更高。这也受到气体原子速度的影响。高运动速度的气体原子产生有效的散热
解离财产:分子通过吸收能量、去除额外热量和进一步减小等离子体尺寸而解离。铁的离解势为7,8eV,这意味着只有等离子体控制的气体才能在这个值以下离解。
羽流控制/抑制:最大限度地减少锁孔上方非电离蒸气气体(或羽流)对光束的衰减和散射。对于有效的羽流控制,所用气体的动量很重要,因为它的作用更多的是分散从钥匙孔中冒出的蒸汽气体。因此,原子量或分子量以及气体的速度等特性很重要。在这方面,使用具有较高原子量的 Ar 高速射流比使用 He 更可取。
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