王賀巖 李昌立

摘 要

利磁場對(duì)激光燒蝕鋁的特性分析用不同的激光參數(shù)，大體上可將激光加工分為激光熱加工、光化學(xué)反應(yīng)加工兩大類，其中激光焊接是一門重要的工業(yè)技藝，激光填充絲激光束焊接的一個(gè)典型問題是熔池稀釋不足，導(dǎo)致焊縫中元素分布不均勻。利用低頻磁場，可以改變?nèi)鄢貎?nèi)的流動(dòng)條件，有可能改變?nèi)鄢氐南♂尪龋恼旅枋隽穗姶艛嚢韬傅膬?yōu)異性和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞

激光焊接;磁場;鋁

中圖分類號(hào)： ?TG456.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.076

Abstract

Different laser parameters can be used to analyze the characteristics of laser ablation aluminum with a favorable magnetic field.Generally，laser processing can be divided into two categories： laser thermal processing and photochemical reaction processing.Among them，laser welding is an important industrial technology.Laser filling A typical problem with wire laser beam welding is insufficient dilution of the molten pool，resulting in uneven element distribution in the weld.The use of low-frequency magnetic fields can change the flow conditions in the molten pool and may change the dilution of the molten pool. The article describes the superiority and application prospects of electromagnetic stirring welding.

Key Words

Laser welding;Magnetic field;Aluminum

1 磁場輔助激光焊接的特性分析

眾所周知，填充絲激光束焊接在工藝穩(wěn)定性、間隙橋接能力和改變?nèi)鄢鼗瘜W(xué)成分的能力方面具有許多優(yōu)勢。材料為鋁的情況下，通常使用金屬絲形式的填充材料，通過向熔池中引入硅或鎂等合金元素來克服冶金缺陷，如熱裂紋的發(fā)生。然而，深熔焊接中復(fù)雜的熔體流動(dòng)（見例）常常抑制這些合金元素的必要稀釋，導(dǎo)致合金元素在剩余焊縫中的不均勻分布。在液相過程中增加稀釋度的一個(gè)潛在工具是利用電磁力改變?nèi)垠w流動(dòng)。除了已知對(duì)熔體流動(dòng)具有阻尼效應(yīng)的穩(wěn)定場外，主要導(dǎo)致過程穩(wěn)定，高頻磁場通常用于提供表面力，該力可用于減少激光誘導(dǎo)熔池中的焊接下垂，或在非常高的頻率或脈沖情況下，使均勻的固體材料變形（例如在電磁成形）。與低頻磁場有關(guān)的體積力可以理解為脈沖力，它周期性地阻尼垂直于磁力線的熔體流動(dòng)。最近的研究還表明，在激光束焊接過程中，磁場可以對(duì)熔池稀釋產(chǎn)生有益的影響。

2 磁場輔助激光焊接的研究

鋁在激光束焊接中容易形成氣孔，Verhaeghe和Hilton，2004。根部熔池不穩(wěn)定可能導(dǎo)致氣泡。所謂的工藝氣孔是由于部分熔透焊接中的小孔動(dòng)力學(xué)而產(chǎn)生的，Seto等人，2001年。鋁與氧的高親和性可以很快在熔體中形成氧化物層，從而阻止氣泡逸出，MaSeS，2002。在交流磁體的幫助下，孔隙可以從液體熔體中逸出并穿過氧化物層。施加在熔池上方的振蕩磁場會(huì)產(chǎn)生一種力，將導(dǎo)電性較高的顆粒（熔融鋁）壓向熔池底部，Bojarevics等人，1989年。由此產(chǎn)生的提升力在最大磁場的方向上推動(dòng)具有較低電導(dǎo)率（氣泡）的粒子。文獻(xiàn)證實(shí)，這是可能的，通過電磁力，阿維洛夫和摩爾多瓦，2009年和高橋和Taniguchi，2003年?？蓪?shí)現(xiàn)的結(jié)果不是由于鐵磁效應(yīng)，而是由于熔池中的洛倫茲力，Moffat，1991。AC螺線管可進(jìn)一步影響焊縫表面，直至形成更平滑的表面，Avilov等人，2012年。兩個(gè)磁極之間合適的臨界工藝參數(shù)是提高激光加工工藝的手段之一。磁性對(duì)熔體的影響會(huì)導(dǎo)致在高動(dòng)態(tài)扭矩下凝固，從而形成非常粗糙的表面。磁場可能會(huì)影響增加熔體動(dòng)力學(xué)，從而有利于熔體噴射。焊縫表面的粗糙度取決于電磁鐵兩極相對(duì)于激光作用點(diǎn)的位置。

3 優(yōu)勢與應(yīng)用前景

激光焊接具有焊接速度快、熱輸入低等優(yōu)點(diǎn)。激光光束形成一個(gè)近乎平行的側(cè)壁的窄型熔池。在熔池凝固過程中，沿鍵孔軸線的縱向和橫向收縮應(yīng)力變化遠(yuǎn)低于大多數(shù)其他焊接技術(shù)。這導(dǎo)致工件的屈曲和彎曲非常低。部分熔透激光束焊接的第一個(gè)問題是小孔尖端不穩(wěn)定，這是氣孔的主要來源——?dú)馀菰谛】准舛烁浇粝滦】?。這種類型的孔隙率以其大尺寸為特征，通常直徑大于10微米，在此稱為工藝孔隙率。其中一些Analysis of magnetic field on laser ablation of aluminum氣泡沒有足夠的時(shí)間離開熔體。它們將被困在熔池后部的凝固前沿或熔池表面的氧化層。較傳統(tǒng)激光焊接工藝，磁場作用下激光對(duì)金屬的電磁攪拌可以有效減小焊縫，細(xì)化焊縫的金屬組織，提高了焊縫的性能，而工業(yè)CO2和Nd：YAG激光器在汽車、航天工具、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等工業(yè)中廣泛應(yīng)用于鋁件的高質(zhì)量連接，因而磁場作用下的激光焊接較傳統(tǒng)激光加工工藝可以有效地提高加工質(zhì)量和效率。

4 結(jié)論

論文通過對(duì)磁場下激光焊接鋁靶材的特性進(jìn)行分析，介紹了磁場改變的激光焊接的機(jī)理，并對(duì)目前的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)分析，闡述了磁場對(duì)比激光焊接與傳統(tǒng)激光焊接的優(yōu)勢與應(yīng)用前景。

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