2.焊接机激光束与焊丝的相互作用

   当采用填丝焊进行焊接时，激光束首先作用在焊丝上，焊丝被激光束加热熔化，填充接缝间隙。然后在激光束的继续作用下， 基体金属熔化、形成小孔。小孔周围的金属能将射入的激光能量几乎全部吸收。当焊件移动后，小孔移动，原孔处封闭形式焊缝。如果焊接时焊丝未能送到光轴和焊缝中心的交汇点，由于接缝间隙过大，激光束的大部分能量将从间隙中透过，仅有一小部分能量被焊缝侧壁吸收：焊接过程中不能形成小孔，焊件不能焊合。激光束与焊丝相互作用的机理比较复杂，部分光束用来熔化焊丝，部分光束被焊丝反射掉，还有一部分穿透熔融焊丝。Salminen对激光束与焊丝的相互作用进行了专门的试验研究，并对焊丝反射部分的能量进行了测量。试验中使用Rofin Sinar 6000 CO2激光器，利用热敏像纸，首先确定了反射光束的方向，然后在反射光路上，距反射点约70mm处，放置一个黑盒式功率测量计，用来测量反射光束的功率。试验结果如图4-46所示，其中为p功率，f为焦距。

图4-46  送丝速度与反射率之间的关系

  结果发现，反射的激光功率受送丝速度的影响很大。当送丝速度为1.0m/min，反射的激光功率为人射光功率的10%左右，随着送丝速度的提高，反射光的能量增大，当送丝速度提高到10m/min时，反射的激光功率达到人射光功率的一 夂以上。这是因为液态填充金属的吸光率比固态金属的大，高温金属的吸光率比低温金属的大。随着送丝速度加快，单位长度焊丝吸收的激光功率减少，焊丝温度降低，焊丝熔化率也下降，因而反射的激光功率增加。

   试验中还发现，送丝速度恒定时，随着激光功率的增大，焊丝对光束的反射率减小，其原因也与焊丝的表面温度有关。激光功率增大，势必导致焊丝的表面温度升高加快，焊丝熔化率提高，吸收的功率大大增加，提高了对激光的吸收率。

   此外，反射率还随聚焦镜片的焦距大小变化。送丝速度恒定时，随着焦距增大，反射率随之增大。这是因为随着焦距增大，聚焦的激光光束的直径增大，激光的能量密度减小，因而焊丝的温度下降，焊丝对激光的吸收率降低。

   因此，焊接过程中为了充分利用激光能量，应尽可能地提髙激光功率，采用短焦距镜片，在满足成形的条件下，尽量减小送丝速度。

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