激光焊接中使用的保护气体对焊接质量、熔池稳定性和焊缝性能有重要影响。以下是常用气体及其作用、适用材料的详细介绍：
1. 氩气（Ar）
作用：
惰性保护：隔绝氧气和氮气，防止焊缝氧化（尤其对钛、铝等活性金属）。
稳定熔池：减少飞溅，改善焊缝表面光洁度。
成本低：经济实惠，应用广泛。
缺点：
密度大：易在熔池上方形成层流，可能影响深熔焊效果。
导热性差：对高功率焊接的熔深提升有限。
适用材料：
不锈钢（304、316等）、钛合金（需高纯度氩气）、铝合金（需配合高频调制）、镍基合金。
应用场景：常规焊接、薄板焊接、对表面质量要求高的场合。
2. 氦气（He）
作用：
高导热性：增强熔池流动性，提升焊接熔深（适合厚板或高功率焊接）。
轻质气体：易形成湍流，保护范围更广，减少气孔。
电离能高：减少等离子体对激光的屏蔽效应（尤其适用于光纤激光器）。
缺点：
成本高：价格是氩气的数倍，大流量使用成本显著。
低密度：需更高流量才能有效覆盖熔池。
适用材料：
铜及铜合金（高反射材料，需高能量密度）、铝合金厚板、镁合金、高强钢。
应用场景：深熔焊、高反射材料焊接、航空航天等高要求领域。
3. 氮气（N₂）
作用：
低成本替代：价格低于氩气，适合某些钢材。
增强强度：在奥氏体不锈钢中可稳定奥氏体相，但对耐蚀性有风险。
缺点：
活性风险：高温下可能与钛、铝等金属反应生成氮化物，导致脆性。
不适用于不锈钢：可能引发晶间腐蚀（如304焊接后耐蚀性下降）。
适用材料：
低碳钢、低合金钢（对氧化不敏感的材料）。
铜合金：部分铜合金焊接时可减少气孔。
注意：需避免用于不锈钢、钛、铝等活性金属。
4. 混合气体
常见组合：
适用于碳钢，CO₂可增加电弧稳定性（更多用于电弧复合焊）。
氢气还原氧化膜，改善铝合金、不锈钢的润湿性。
风险：过量氢气可能导致气孔或氢脆。
平衡成本与性能，氦气比例越高，熔深越大（如70%He + 30%Ar）。
适用于铝合金、高强钢的深熔焊。
氩气 + 氦气（Ar+He）：
氩气 + 氢气（Ar+H₂）（少量氢气，通常<5%）：
氩气 + 二氧化碳（Ar+CO₂）：
5. 其他气体
二氧化碳（CO₂）：
主要用于激光-电弧复合焊，单独使用易导致飞溅和氧化。
氧气（O₂）（极少数情况）：
用于碳钢表面氧化层清理，但会显著增加焊缝氧化风险。
材料与气体匹配指南
| 材料类型 | 推荐气体 | 注意事项 |
不锈钢 | 纯氩气、氩气+氦气混合气 | 避免氮气以防耐蚀性下降 |
铝合金 | 氦气或氩气+氦气混合气（高功率） | 需高流量防止气孔 |
钛合金 | 高纯度氩气（99.999%） | 严格隔绝氧气，背面也需保护 |
铜及铜合金 | 氦气（最佳）或氮气 | 高反射材料需高功率+氦气增强吸收 |
碳钢/低合金钢 | 氮气、氩气+二氧化碳混合气 | 氮气性价比高，二氧化碳用于复合焊 |
镍基合金 | 氩气或氩气+氦气混合气 | 防止高温氧化 |
关键参数优化
流量：通常15-25 L/min，厚板或高功率需更高流量。
喷嘴设计：同轴喷嘴（熔池直接保护）或侧吹喷嘴（辅助吹扫）。
纯度要求：钛、铝等活性金属需≥99.99%，钢件可放宽至99.9%。
总结
最佳气体选择取决于材料特性、焊接工艺（深熔焊/热导焊）、成本预算：
高端应用（航空航天）：优先氦气或Ar+He混合。
常规不锈钢/铝合金：氩气或低比例氦混合气。
低成本碳钢：氮气或Ar+CO₂。
实际应用中需通过工艺试验验证气体与参数的匹配性，以达到最佳焊缝质量和经济效益。
