激光焊接熔池的动态观察

1、5/3/2022激光焊接熔池的动态观察激光焊接熔池的动态观察课程名称：激光焊接工艺实践课程名称：激光焊接工艺实践承担单位：浙江工贸职业技术学院承担单位：浙江工贸职业技术学院5/3/2022教学目标教学目标 对于激光焊接工艺，了解激光与金属材料相互作用的对于激光焊接工艺，了解激光与金属材料相互作用的微观机理和宏观现象，熟悉激光焊接焊缝形成的动态过程。微观机理和宏观现象，熟悉激光焊接焊缝形成的动态过程。5/3/20222. 2. 激光焊接熔池的动态观察激光焊接熔池的动态观察2.1 2.1 激光对金属材料的作用激光对金属材料的作用 在在材料加工领域使用的激光多处于红外波段。以激光焊接为例，可把激光材

2、料加工领域使用的激光多处于红外波段。以激光焊接为例，可把激光与材料相互作用过程分为如下几个阶段：与材料相互作用过程分为如下几个阶段：1 1）无热或基本无热阶段：激光能量密度低，发生反射和吸收；）无热或基本无热阶段：激光能量密度低，发生反射和吸收；2 2）相变点以下加热：激光能量密度提高，材料迅速升温；）相变点以下加热：激光能量密度提高，材料迅速升温；3 3）在相变点以上但低于熔点加热，某些金属材料会发生相变）在相变点以上但低于熔点加热，某些金属材料会发生相变重结晶过程；重结晶过程；4 4）在熔点以上，但低于汽化点加热：形成熔池，焊接过程就是这样，如图）在熔点以上，但低于汽化点加热：形成熔池，焊

3、接过程就是这样，如图1 1所示。所示。5/3/2022图图1 1 不同激光功率作用下材料表面熔化过程示意图不同激光功率作用下材料表面熔化过程示意图1-1-激光；激光；2-2-被加热工件；被加热工件；3-3-被熔化金属；被熔化金属；4-4-已冷却熔池；已冷却熔池；5-5-熔池扩展；熔池扩展；6-6-蒸发效应形成的孔蒸发效应形成的孔5/3/2022 以激光深熔焊为例以激光深熔焊为例，（插入激光熔池动态视频，不同拍摄速度的可酌情选，（插入激光熔池动态视频，不同拍摄速度的可酌情选用）当高用）当高功率密度激光束入射到金属表面时，材料被迅速加热，由于热传导作用，材料将产功率密度激光束入射到金属表面时，材料

4、被迅速加热，由于热传导作用，材料将产生熔化、蒸发，如果材料蒸发速度足够高，激光束将在金属中打出一个小孔，在小生熔化、蒸发，如果材料蒸发速度足够高，激光束将在金属中打出一个小孔，在小孔内，金属蒸汽反冲压力与液态静压力、表面张力之间的作用达到动态平衡后将维孔内，金属蒸汽反冲压力与液态静压力、表面张力之间的作用达到动态平衡后将维持小孔的存在。小孔内的蒸汽压力分布和有关的气体动力学及离化作用将影响到小持小孔的存在。小孔内的蒸汽压力分布和有关的气体动力学及离化作用将影响到小孔的形状。在激光深熔焊接中，由于小孔的存在，激光束能深入到材料内部，被熔孔的形状。在激光深熔焊接中，由于小孔的存在，激光束能深入到材

5、料内部，被熔化的金属环绕在小孔的周围，激光对材料的热输入主要是在小孔壁上的液化界面处，化的金属环绕在小孔的周围，激光对材料的热输入主要是在小孔壁上的液化界面处，随着激光束的移动，小孔前沿的金属被熔化、汽化，在小孔后部，液态金属重新凝随着激光束的移动，小孔前沿的金属被熔化、汽化，在小孔后部，液态金属重新凝固形成焊缝。由于小孔附近的很大温度梯度，使小孔周围的金属熔体产生较大的表固形成焊缝。由于小孔附近的很大温度梯度，使小孔周围的金属熔体产生较大的表面张力梯度，相应的金属蒸汽反冲压力使小孔前沿产生强烈的环流，熔池内的热传面张力梯度，相应的金属蒸汽反冲压力使小孔前沿产生强烈的环流，熔池内的热传输和液体

6、流动可以显著地影响熔池的几何形状、温度梯度、局部区域的冷却速率和输和液体流动可以显著地影响熔池的几何形状、温度梯度、局部区域的冷却速率和凝固结构，并可导致熔池的波动、气孔、熔深不足、焊缝飞溅等缺陷。所以，近年凝固结构，并可导致熔池的波动、气孔、熔深不足、焊缝飞溅等缺陷。所以，近年来，熔池内液态金属的运动机制研究越来越受到重视。来，熔池内液态金属的运动机制研究越来越受到重视。2.2 2.2 激光焊接熔池的动态过程激光焊接熔池的动态过程5/3/20223. 3. 小结小结 对于焊接中激光对金属材料的作用过程进行了介绍，通对于焊接中激光对金属材料的作用过程进行了介绍，通过对实际激光深熔焊接熔池的动态观察，说明了焊接熔池内过对实际激光深熔焊接熔池的动态观察，说明了焊接熔池内液态金属运动机制对焊缝成形和焊接质量的重要意义。液态金属运动机制对焊缝成形和焊接质量的重要意义。5/3/20224. 4. 作业思考题作业思考题）激光焊接过程中，激光对金属材料的热作用过程有什么特）激光