激光焊接機相對傳統(tǒng)焊接設(shè)備，具有焊接快、焊縫美觀、熱影響區(qū)域小，操作簡單等優(yōu)點，但不可避免，在激光焊接機工作過程中可能會出現(xiàn)的一些焊接瑕疵，例如焊縫表面出現(xiàn)凸起的現(xiàn)象，對于這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，經(jīng)研究分析主要由以下幾個因素造成的。

    1、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，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。在焊縫及附近區(qū)域發(fā)生的變形也保留了下來，附近各點已不能完全恢復(fù)到激光作用前的位置，從而要在工件上部形成新的殘余拉應(yīng)

力。

    2、熔池表面熔體的流動

激光焊接過程中，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，這客觀上對于表面凸起有著很重要的影響。對于熔池表面熔體的運動，至今已有多種假說。Anthony T.R和Cline H.E在1977年提出，熔池中心與四周的很大溫差形成的表面張力差提供了熔池內(nèi)熔體對流的驅(qū)動力，此對流造成表面粗糙不平。1978年S.M.Copley等在透明三環(huán)茨烯(Camphene Tricycline),上用電阻絲加熱觀察到了熔池的對流和表面波紋狀凸起的過程，他們考慮了在熱源移動時，前沿和后沿形成一定的熔池液體位能差，當(dāng)前沿達到一定壓力差后向后沿流動，在已開始凝固而略為下傾的后沿界面前產(chǎn)生液體凸起，在冷凝后保留下來。這個過程中考慮了有回流和無回流兩種情況(與界面能有關(guān))。Moore和Weinman在1978年提出了蒸汽壓力說，認(rèn)為在熱源功率密度很高時，作用于金屬表面及其上空的金屬蒸汽和空氣形成等離子體，受熱膨脹，對熔池表面形成蒸汽壓力。在壓力作用下熔池前沿的液體流向后方，造成兩側(cè)下凹、中間隆起的形狀。同時，由于激光功率的變動或激光與熔池耦合也造成熔體流動。1983年I.C.Hawkes等認(rèn)為熔池在壓力作用下產(chǎn)生弓形波，使接受.激光的液面斜率有變化，使吸收功率密度下降，反射率提高，引起熔池對激光吸收率的波動，能夠產(chǎn)生間斷性熔化和表面波紋狀凸起。這幾種說法都有一-定道理，在實際激光焊接過程中，因熔池熔體流動造成表面凸起是.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)、保護氣流及輔助氣流的沖擊等的影響。

    3、組織的變化

激光焊接時，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，焊縫體積會發(fā)生變化，這往往會對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，-般激光焊接后會形成條狀的馬氏體組織和貝氏體組織。經(jīng)試驗研究發(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，對于高碳鋼則會更高，在焊接時往往不能忽略這個因素。

    在實際的焊接過程中，若表面凸起較為嚴(yán)重，將在焊縫表面形成縱向呈魚鱗狀的凸起帶，稱為“魚鱗紋”。它對于激光焊接表面的質(zhì)量是不利的，針對其產(chǎn)生根源，對板材局部施壓，調(diào)節(jié)激光能量及施加方式，可以對凸起加以改善。而在板材對接焊中，卻可以利用表面凸起現(xiàn)象，在板材之間預(yù)留一道寬度適中的狹縫，在焊后可以得到表面齊平的焊道。

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