王贺岩 李昌立
摘 要
利磁场对激光烧蚀铝的特性分析用不同的激光参数，大体上可将激光加工分为激光热加工、光化学反应加工两大类，其中激光焊接是一门重要的工业技艺，激光填充丝激光束焊接的一个典型问题是熔池稀释不足，导致焊缝中元素分布不均匀。利用低频磁场，可以改变熔池内的流动條件，有可能改变熔池的稀释度，文章描述了电磁搅拌焊的优异性和应用前景。
关键词
激光焊接;磁场;铝
中图分类号： TG456.7 文献标识码： 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 磁场辅助激光焊接的特性分析
众所周知，填充丝激光束焊接在工艺稳定性、间隙桥接能力和改变熔池化学成分的能力方面具有许多优势。材料为铝的情况下，通常使用金属丝形式的填充材料，通过向熔池中引入硅或镁等合金元素来克服冶金缺陷，如热裂纹的发生。然而，深熔焊接中复杂的熔体流动（见例）常常抑制这些合金元素的必要稀释，导致合金元素在剩余焊缝中的不均匀分布。在液相过程中增加稀释度的一个潜在工具是利用电磁力改变熔体流动。除了已知对熔体流动具有阻尼效应的稳定场外，主要导致过程稳定，高频磁场通常用于提供表面力，该力可用于减少激光诱导熔池中的焊接下垂，或在非常高的频率或脉冲情况下，使均匀的固体材料变形（例如在电磁成形）。与低频磁场有关的体积力可以理解为脉冲力，它周期性地阻尼垂直于磁力线的熔体流动。最近的研究还表明，在激光束焊接过程中，磁场可以对熔池稀释产生有益的影响。
2 磁场辅助激光焊接的研究
铝在激光束焊接中容易形成气孔，Verhaeghe和Hilton，2004。根部熔池不稳定可能导致气泡。所谓的工艺气孔是由于部分熔透焊接中的小孔动力学而产生的，Seto等人，2001年。铝与氧的高亲和性可以很快在熔体中形成氧化物层，从而阻止气泡逸出，MaSeS，2002。在交流磁体的帮助下，孔隙可以从液体熔体中逸出并穿过氧化物层。施加在熔池上方的振荡磁场会产生一种力，将导电性较高的颗粒（熔融铝）压向熔池底部，Bojarevics等人，1989年。由此产生的提升力在最大磁场的方向上推动具有较低电导率（气泡）的粒子。文献证实，这是可能的，通过电磁力，阿维洛夫和摩尔多瓦，2009年和高桥和Taniguchi，2003年。可实现的结果不是由于铁磁效应，而是由于熔池中的洛伦兹力，Moffat，1991。AC螺线管可进一步影响焊缝表面，直至形成更平滑的表面，Avilov等人，2012年。两个磁极之间合适的临界工艺参数是提高激光加工工艺的手段之一。磁性对熔体的影响会导致在高动态扭矩下凝固，从而形成非常粗糙的表面。磁场可能会影响增加熔体动力学，从而有利于熔体喷射。焊缝表面的粗糙度取决于电磁铁两极相对于激光作用点的位置。
3 优势与应用前景
激光焊接具有焊接速度快、热输入低等优点。激光光束形成一个近乎平行的侧壁的窄型熔池。在熔池凝固过程中，沿键孔轴线的纵向和横向收缩应力变化远低于大多数其他焊接技术。这导致工件的屈曲和弯曲非常低。部分熔透激光束焊接的第一个问题是小孔尖端不稳定，这是气孔的主要来源——气泡在小孔尖端附近留下小孔。这种类型的孔隙率以其大尺寸为特征，通常直径大于10微米，在此称为工艺孔隙率。其中一些Analysis of magnetic field on laser ablation of aluminum气泡没有足够的时间离开熔体。它们将被困在熔池后部的凝固前沿或熔池表面的氧化层。较传统激光焊接工艺，磁场作用下激光对金属的电磁搅拌可以有效减小焊缝，细化焊缝的金属组织，提高了焊缝的性能，而工业CO2和Nd：YAG激光器在汽车、航天工具、电子工业、生物医学等工业中广泛应用于铝件的高质量连接，因而磁场作用下的激光焊接较传统激光加工工艺可以有效地提高加工质量和效率。
4 结论
论文通过对磁场下激光焊接铝靶材的特性进行分析，介绍了磁场改变的激光焊接的机理，并对目前的发展进行了总结分析，阐述了磁场对比激光焊接与传统激光焊接的优势与应用前景。
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