隨著大功率激光器的發(fā)展，激光深熔焊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域越來越得到廣泛的使用，激光焊接的熔深也進(jìn)一步增加，但激光深熔焊尤其是激光焊接厚板易出現(xiàn)氣孔問題。激光焊接氣孔問題愈來愈被人們所重視。焊接氣孔是典型的焊接冶金缺陷，而激光焊接氣孔主要有兩類，氮?dú)饪缀蜌鍤饪住?

      激光焊接氮?dú)饪椎漠a(chǎn)生主要是由于保護(hù)不良而引起的。在焊接過程中，氮從外部侵入熔池，氮在液態(tài)鐵中的溶解度與氮在固態(tài)鐵的溶解度有很大的差異，因 而在金屬的冷卻凝固過程中，由于氮的溶解度隨溫度的下降而降低，當(dāng)熔池金屬冷卻到開始結(jié)晶時，溶解度將發(fā)生大幅度的突然下降，此時氣體大量析出形成氣泡， 如果氣泡的上浮速度小于金屬結(jié)晶速度，則生成氣孔[1 ] 。激光焊接氬氣孔與氮?dú)饪椎漠a(chǎn)生機(jī)理不同。日本Matsunawa[2～4 ]等學(xué)者的研究表明，激光焊接的小孔內(nèi)部處于一種不穩(wěn)定振動狀態(tài)，小孔和熔池的流動非常劇烈，小孔內(nèi)部的金屬蒸汽向外噴發(fā)引起小孔開口處的蒸汽渦流，將保 護(hù)氣體(Ar) 卷入小孔底部，隨著小孔向前移動，這些保護(hù)氣體將以氣泡形式進(jìn)入熔池。因Ar 溶解度極低，再加上激光焊接的冷卻速度很快，氣泡來不及逸出而被殘留在焊縫，形成氣孔。

        目前，解決激光焊接氣孔問題主要有兩種方法。一是利用冶金原理，采用活性氣體，使得氣體能夠溶解于焊縫或與熔池金屬發(fā)生反應(yīng)生成化合物。例如，在 低碳鋼激光焊接中采用CO2 作保護(hù)氣體，減小氣孔傾向[5 ] 。但采用CO2 作保護(hù)氣體可能會出現(xiàn)焊縫含氧量增加從而導(dǎo)致焊縫韌性下降。二是采用脈沖激光焊接，改變了小孔的行為，減少保護(hù)氣體被卷入小孔[6～8 ] 。這種方法目前還不能完全消除氣孔。

        作者提出了利用光束擺動的方法來減小或消除激光深熔焊中的氣孔傾向。目前，擺動激光焊接主要應(yīng)用于有降低焊件裝配間隙要求構(gòu)件上，而光束擺動激光 焊接抑制氣孔的研究仍未見有報道。由于在激光焊接中加入擺動，束流對焊縫的往復(fù)擺動一方面使部分焊縫發(fā)生反復(fù)重熔，延長了焊接熔池液態(tài)金屬停留的時間，同 時，束流的偏轉(zhuǎn)也增加了單位面積輸入熱，減小了焊縫的深寬比，有利于氣泡的浮出，從而起到消除氣孔的作用。另一方面束流的擺動導(dǎo)致小孔隨之?dāng)[動，又可以起 到對焊接熔池提供一個攪拌力的作用，加大了焊接熔池的對流與攪拌，對消除氣孔起有利作用[9 ] 。作者在激光焊接過程中加入擺動(光束擺動激光焊)，研究了光束擺動規(guī)范(頻率、振幅) 對激光焊接焊縫氣孔(氮?dú)饪?、氬氣? 的影響。

1 試驗

試驗方法如圖1 所示。試驗材料為低碳鋼(Q235 鋼)，板厚為4mm。試驗中使用3kW 快軸流CO2激光器，光束模式為TEM00+01，聚焦元件為焦距190 mm 的ZnSe 透鏡。光束擺動方向與焊接方向垂直，擺動幅度在0～2 mm 之間連續(xù)可調(diào)，擺動頻率在0～50 Hz 連續(xù)可調(diào)。工件運(yùn)動通過一臺CNC 數(shù)控機(jī)床實現(xiàn)。

圖1 光束擺動激光焊接試驗示意圖

       光束擺動對激光焊接氮?dú)饪子绊懙脑囼炛?，采用?激光功率為2 400 W，焊接速度為1. 0 m/ min，保護(hù)氣體為N2，軸向氣體流量400 L/ h，環(huán)向氣體流量1 000 L/ h 。光束擺動對激光焊接氬氣孔影響的試驗中，采用的激光功率為2 400 W，焊接速度為0. 5 m/ minm和1. 0 m/ min，保護(hù)氣體為Ar，軸向氣體流量400 L/ h，環(huán)向氣體流量1 000 L/ h 。

焊后分析方法主要為用X 射線對焊縫進(jìn)行無損探傷，觀察焊縫中的氣孔及其分布情況。同時利用image - pro plus 軟件對激光焊接焊縫氮?dú)饪茁蔬M(jìn)行了分析。

2 試驗結(jié)果與分析

        2. 1 光束擺動對激光焊接氮?dú)饪椎挠绊憟D2 所示的是不同擺動規(guī)范下激光焊接焊縫氮?dú)饪浊闆r(X 射線透視圖) 。由圖2 可以發(fā)現(xiàn)，光束擺動可以起到消除氮?dú)饪椎淖饔?，在其它條件不變的情況下，隨著擺動頻率的增加，焊縫中的氣孔減少。

圖2 光束擺動對激光焊接氮?dú)饪椎挠绊?/font>