激光焊接缺陷处理

发布时间：2021-04-22

激光焊接的应用十分广泛，但是焊接过程中常常伴随着裂纹、焊接气孔和飞溅等焊接缺陷。国内外对其进行了大量的研究，他们采用振荡、脉冲等方式与激光焊接相结合，在研究原理的同时，还重视与工业设备的结合，运用新的产品推动自身的研究，其研究具有很高的实用性。

国内的研究主要集中于如何解决激光焊接的焊接接头缺陷，对焊接缺陷的形成机理也进行了细致研究。很多研究团队通过仿真分析、扫描电镜等方式研究熔池飞溅、菲涅尔吸收效应等问题。高功率的激光照射在工作表面上，使材料迅速汽化并产生匙孔，所以熔池与匙孔的菲涅尔吸收效应决定了焊接的质量。焊接缺陷伴随着激光焊接的过程中产生，如图6为激光焊接镀锌DP780高强钢产生的气孔缺陷。湖南大学的彭南翔针对激光深熔焊的匙孔和菲涅尔吸收进行了研究，发现激光在匙孔中多次反射造成菲涅尔吸收总功率密度分布并不均匀，靠近匙孔底部孔壁上的密度要大于上方孔壁，而影响密度分布的重要因素就是激光的反射。单焦点激光焊接方式仍具有一定的局限性。比如无法控制焊接时的温度循环，在焊接热敏感性高的材料时，焊缝的内部容易出现裂纹等多种问题。为了稳定焊接过程，许多学者研究了双焦点激光焊。华中科技大学庞胜永等人研究了铝合金在激光双焦点串行排布的方式下匙孔的稳定性及熔池内部的流动。其建立了关于铝合金双焦点激光焊接的焊接瞬态熔池及熔池内部流动的耦合模型，采用光线追踪法建立热源模型，考虑了菲涅尔吸收效应、蒸汽反冲力及熔池内部流动等影响。研究结果显示双焦点激光焊接更加稳定可控，匙孔的波动明显弱于单激光焊接的方式。
与国外相比，国内的研究针对激光束的光束形态变化方面的研究较少，大多集中于改变激光束的数量上而来对激光焊接缺陷的研究。而国外的研究团队尝试使用了新型的光学元器件，尝试探究匙孔坍塌和熔池飞溅的形成机理。国外一些学者也尝试了新的工艺方法来改善激光焊接的不足，如采用光束振荡或激光功率调制，来减少缺陷的发生。VolppJ等人采用了一种新开发的多焦点光束成形光学元件，该元件可在轴向产生多束腰激光，在附加区域用于修改键孔中的能量输入，以解释飞溅形成的机理，并评估轴向光束成形在激光深熔焊接过程中压制缺陷的潜力。结果表明，在高强度的光照射下，可以有效地减少喷溅的数量，避免了锁孔坍塌，保证了上部锁孔段有足够的能量输入，可以减少液体飞溅。