為什么需要保護氣？

連續激光焊接是利用高能激光束作為熱源照射到工件表面，從而使工件熔化并連接，實現優良的焊接接頭。在高功率激光焊接過程中，激光照射到材料表面使工件熔化，但高溫同時伴隨著金屬的氣化，形成金屬蒸汽等離子體。形成的金屬蒸汽等會對激光有吸收、折射和反射的作用，使實際到達工件表面的能量減弱，影響熔池的穩定。

所以焊接過程中需要吹電離能較大的保護氣體抑制等離子體的產生，同時，保護氣在焊接過程中還具有隔絕空氣的作用，使熔池不被氧化；也可以減小焊接飛濺，使焊縫表面均勻光滑。

保護氣對焊縫形貌的影響

除了根據焊接材料選擇合適的保護氣外，研究保護氣的吹氣角度、方向、流量等參數對焊縫形貌的影響十分必要。下面我們基于相同的焊接條件下，研究保護氣不同吹氣角度對焊縫的影響。

通過實驗測試，控制吹氣其他變量相同的情況下，在不同流量大小時對焊縫形貌的影響趨勢相同，只是流量越大，對焊縫熔深影響越明顯，對焊縫表面及下部熔寬影響不大，因此，在保護氣流量為5L／min的情況下且控制其他變量的條件下，僅變更吹氣角度，進行吹氣角度的研究，測試結果如圖1，焊縫形貌橫截面金相圖如圖2。

圖1 不同吹氣方式對焊縫熔深、熔寬的影響

圖2 不同吹氣角度時的焊縫形貌

通過實驗數據看出，焊縫熔深隨著吹氣角度的增大先增大，后減小，在0°或大于45°時，熔深都快速減小，當吹氣角度為30°時，焊縫熔深達到最大。

焊縫熔寬由等離子體對激光的衰減和氣流對熔池的作用共同決定，在吹氣角度為0°時，熔寬最小；隨吹氣角度增大，熔寬增大，當角度大于45°時，熔寬變化不大。

結果分析

保護氣對焊縫形貌的影響主要是通過控制等離子體的大小來決定激光到達工件表面的功率密度，觀察焊縫橫截面金相圖，可以看出在0°或75°時，焊縫形貌傾向于熱導焊模式，在30°和45°時，呈現明顯的深熔焊形貌。

綜上所述，在相同焊接工藝參數條件下，若要較大熔深，建議保護氣吹氣角度為30°，若要表面熔寬較大，建議采用45°吹氣角度，若要下部熔寬較大，建議采用0°或75°吹氣角度。

編輯：hfy