2.5 激光、工件與保護氣體相互作用的研究
激光、工件、保護氣體相互作用與離焦量關(guān)系密切，在一定離焦范圍內(nèi)為深熔焊接，產(chǎn)生顯著的等離子體，超過一定的離焦范圍，則為熱傳導焊接，等離子體的影響比較小。
等離子體對入射激光具有折射、吸收、散焦以及屏蔽作用，這是激光焊接中的一個重要問題。
法國A · Poueyo－Verwaerde等診斷了CO2激光焊接等離子體。熱電探測器用于記錄反射的激光，可見光光電管用于收集等離子體輻射；通過多通道光譜儀進行光譜分析；用高速攝影機記錄等離子體的圖像。經(jīng)過分析，得到了電子溫度、電子密度與工件表面距離的關(guān)系以及反射率與等離子體亮度的關(guān)系。
德國Stuttgart大學進行了CO2激光深熔焊時激光焊接等離子體對激光聚焦性影響的研究。提出了焦平面上有效功率密度分布的概念，焦平面上功率密度減小是由于等離子體對激光吸收以及折射引起，等離子體折射情況取決于等離子體尺寸、位置和溫度；采用He-Ar混合氣比采用單一氣體可更有效地抑制等離子體的負面效應。
Helmut Schmalenstroth等人用1kW的Nd：YAG進行激光焊接研究時，使用的氣體有Ar 、He 、N2 以及Ar + O2 、Ar + CO2 、Ar + CO2 +O2 ，適當?shù)幕旌蠚饪稍黾尤凵詈秃杆?，降低成本，在激光焊接過程控制方面，有使用電容傳感系統(tǒng)測量和控制焦點位置報道，其機理是基于傳感器的振蕩頻率由于焦點變化擾動而不是常數(shù)。當金屬蒸氣和保護氣的電離密度和程度變化時，噴嘴電極和工件之間介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化。德國的Hillerich博士指出，電離原子和電離分子對介電常數(shù)ε的影響可用Drudench公式表示。
基于相同的原理，電容傳感系統(tǒng)也可用于焊接速度和焊接缺陷的檢測與控制。
在CO2激光焊接焊縫質(zhì)量的磁流體力學控制方面，德國Stuttgart大學的М•Kern提出加磁激光焊接（MSLBW―Magnetically Supported Laser beam
Welding），見圖5。實驗表明，這種方法可抑制焊道凸起,改善焊道頂部質(zhì)量和焊縫斷面形狀，減少飛濺，使熔池上方的等離子體更趨于穩(wěn)定，增加過程的穩(wěn)定性。這個方法的作用與磁場的方向有關(guān)，前提是有電流存在，研究表明，電流除了由母材和熔化金屬間的熱電壓引起外，同時還由凝固的焊縫和熔化金屬間的熱電壓引起。
在激光焊接熔池動力學的研究方面，美國田納西大學的V·Semak等將低功率的氬離子激光聚焦在熔池上，通過窄帶干涉濾色鏡除去等離子體發(fā)射的光，再經(jīng)光電倍增管，用高速攝影記錄熔池的形貌。研究表明，熔池內(nèi)的反沖力遠遠超過表面張力和靜壓力，因而，圍繞小孔邊緣產(chǎn)生了高振幅的熔化金屬凸起。高的反沖力使熔化金屬組成的小孔壁離開激光束，而后，表面張力又將小孔壁向光束靠近，由于反沖力的脈動性導致了熔池內(nèi)，高振幅、低頻率的體積振蕩，同時也導致了熔池開口形狀的顯著變化，進而影響蒸氣的運動方向，產(chǎn)生高頻的聲信號。研究還表明；激光點焊時，在熔池凝固期間，熔池的振蕩頻率在增加。 在激光焊接的熔化模型研究方面， 美國國家實驗室的J·O Milewski采用計算機以窄V型坡口為模型，分析了激光能量在其中的傳播和吸收，該模型較好地說明了在小孔內(nèi)，光線反射頻率和入射角隨熔深而增加以及能量被吸收的峰值在小孔底部。
在激光焊接模擬方面，由于這是一個高階、非線性、具有自由表面的三維問題，因而要精確計算和模擬有許多邊界條件和參數(shù)都必需確定，但由于模擬對結(jié)果預測、工程設計以及物理本質(zhì)揭示顯示出的重要作用，相關(guān)的研究一直未中斷。
2.6 鋁合金的激光焊接
CO2激光焊接鋁合金的困難主要在于高的反射率以及導熱性好，難以達到蒸發(fā)溫度、難于誘導小孔的形成（尤其是對Mg含量比較小時）以及容易產(chǎn)生氣孔。提高吸收率的措施除了表面化學改性（如陽極氧化）、表面鍍層、表面涂層等外，也有用激光—TIG、激光—MIG的報道，其中MIG—DC electrode bbbbbbbb (DCEP)方法由于表面的清理作用強和加絲的合金化作用效果較好。
最近，比利時的L·Cretteur和法國的S·Marya 對6061鋁合金進行了混合氣和焊劑的CO2激光焊。在給定的試驗條件下表明：70%He +30%Ar、氣流方向與焊接方向相反時效果為好；針對穿透焊接時焊縫背面容易產(chǎn)生下垂缺陷，采用75%LiF+25%LiCl的焊劑，起到了祛除氧化、改善熔化金屬與背面母材的接合，使背面焊縫具有“上翹”效應，在較寬的參數(shù)區(qū)間內(nèi)形成了規(guī)整的焊道。對6061鋁合金的焊接表明，焊縫強度可達到母材的90% 。
2.7 激光熔覆
激光熔覆與其它表面改性方法相比，加熱速度快、熱輸入少，變形極?。唤Y(jié)合強度高；稀釋率低；改性層厚度可精確控制，定域性好、可達性好、生產(chǎn)效率高。
激光熔覆除用于民品外，英、美等國也已用于航空機發(fā)動機Ni基渦輪葉片的耐熱、耐磨層的熔覆及修復。
3 電子束焊接和等離子弧焊接的最新進展
國外電子束焊接發(fā)展可歸結(jié)為：超高能密度裝置研制、設備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質(zhì)作用機制研究以及非真空電子束焊設備及工藝的研究等。
日本，加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機已問世，一次可焊200mm的不銹鋼，深寬比達70∶1 。
日、俄、德開展了雙槍及填絲電子束焊技術(shù)的研究。在對大厚度板第一次焊接的基礎上，通過第二次填絲來彌補頂部下凹或咬邊缺陷；日本采用雙搶實現(xiàn)了薄板的超高速焊接，反面無飛濺，成形良好。
法國研制成功的雙金屬和三金屬薄帶材電子束焊接也頗引人關(guān)注?！ ￡P(guān)于非真空電子束焊接，德國實現(xiàn)了母材為Al Mg0.4 Si1.2的旋轉(zhuǎn)件的填絲焊接，加絲材料為AlMg4.5Mn ，送絲速度35m / min ，焊接速度高達60m / min。該研究在斯圖加特大學的25kW電子束焊機上完成。
非真空電子束焊接（EBW—NV）在汽車制造領(lǐng)域一直倍受重視。例如，手動變速器中同步環(huán)與齒輪的非真空電子束焊接，生產(chǎn)率已超過500件/小時。
最近，德國和波蘭的學者共同研制了真空電子束焊接時安裝于真空室中的非接觸測溫裝置，測量點最小直徑1.8 mm，主要用于陶瓷和硬質(zhì)合金的釬焊，該裝置可排除隨機的熱流的干擾，測量精度高。
在等離子弧焊接方面，變極性等離子弧焊以及鋁合金穿孔等離子立焊是關(guān)注點之一 .
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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