纯钛激光真空焊接研究取得进展

激光束在真空环境下能够获得电子束焊接类似的大焊接熔深，而且不需要厚铅板防止X射线辐射，设备制造更简单，对航空航天、石油化工等领域的大厚度结构制造，以及空间在轨焊接具有重要意义。但是，有关钛合金激光真空焊接的研究极其有限，其中有关焊缝特征、等离子体和熔池动态行为都不甚明了。武汉光电国家实验室高明教授和日本大阪大学KAWAHITO教授合作开展了光纤激光真空焊接纯钛的研究，基于X射线原位探测仪观测了环境气压对焊接现象的影响规律。研究发现在6kW激光功率、0.1kPa气压和0.5m/min速度下，焊接熔深达到18mm，是常压焊接的3倍，增幅远高于同等条件下的低碳钢焊接（60%）；降低环境气压至1 kPa以下时，小孔根部向后膨胀现象和和高速飞溅能够被有效抑制，飞溅数量降低4倍以上。其次，根据小孔金属蒸汽喷发和熔池流动类型探讨了相关物理机制。研究结果对加深激光真空焊接理解有重要价值，能够为其工业应用和在轨焊接提供理论依据。

2016年6月12日，该研究成果以论文“Observation and understanding in laser welding of pure titanium at subatmospheric pressure发表于Optics Express。该项工作得到国家自然科学基金（51475183和51275186)的资助。

图1.焊缝成形 图     2.等离子体形貌和飞溅（v=0.5m/min）