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激光焊接機(jī)工作過(guò)程中焊縫表面凸起的原因
一、材料熱膨脹及熱應(yīng)力的影響
在激光束的快速加熱情況下，工件迅速受熱升溫，體積發(fā)生膨脹。由于激光束加熱集中，在激光作用的周圍區(qū)域溫度升高不是很大，激光作用區(qū)材料受熱膨脹受到周圍較冷部分基體的阻礙，在該區(qū)域形成壓應(yīng)力，同時(shí)被焊板材發(fā)生輕微的向下彎曲變形。
盡管此應(yīng)力與其他焊接方法相比是微不足道的，但它是表面凸起的主要影響因素之一。當(dāng)激光束繼續(xù)作用，工件上表面溫度繼續(xù)升高，壓應(yīng)力增大。與此同時(shí)，材料的屈服極限隨溫度升高而下降。到一定階段，材料屈服極限小于周圍的壓應(yīng)力數(shù)值，熔池上表面附近材料發(fā)生屈服變形，并產(chǎn)生堆積。在激光束移動(dòng)到下一區(qū)域后，先前發(fā)生堆積部分溫度迅速下降而冷凝，凝固后的表面保持了凝固前彎曲的堆積形貌，從而形成了焊縫表面的凸起。
激光焊接機(jī)焊接過(guò)程中，熔池受到各種復(fù)雜外在因素的影響，造成表面熔體的流動(dòng)，這客觀上對(duì)于表面凸起有著很重要的影響。對(duì)于熔池表面熔體的運(yùn)動(dòng)，至今已有多種假說(shuō)。同時(shí)，由于激光功率的變動(dòng)或激光與熔池耦合也造成熔體流動(dòng)。這種說(shuō)法都有一定道理，在實(shí)際激光焊接過(guò)程中，因熔池熔體流動(dòng)造成表面凸起是.上述因素綜合影響的結(jié)果。一般研究認(rèn)為，熔池表面熔體的流動(dòng)主要受表面張力梯度、小孔效應(yīng)、金屬材料蒸發(fā)及氣體電離產(chǎn)生的等離子體熱噴發(fā)、保護(hù)氣流及輔助氣流的沖擊等的影響。
三、組織的變化
激光焊接機(jī)焊接時(shí)，材料受熱形成液態(tài)熔池，然后冷凝形成焊縫，組織有很大的差異。由于不同組織的密度不一樣，焊縫體積會(huì)發(fā)生變化，這往往會(huì)對(duì)焊縫表面凸起造成影響。由于激光束高能量密度及集中加熱，使得材料的升溫和冷卻速度極快，一般激光焊接后會(huì)形成條狀的馬氏體組織和貝氏體組織。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，材料相變體積的變化量與材料的含碳量有很大關(guān)系，對(duì)一般中低碳鋼，相變體積變化占總凸起量的1/8~1 /4左右，對(duì)于高碳鋼則會(huì)更高，在焊接時(shí)往往不能忽略這個(gè)因素。
