现在公认的是在电子束焊中存在小孔效应。也就是说，电子束焊接过程中的焊接熔池始终存在一个“小孔”。目前电子束焊已作为一种先进的制造技术应用于我国航空工业，并在我国其他的工业部门中得到了应用。真空电子束焊在解决这一焊接难题时，发挥了独特的作用。2）在航空航天工业中，电子束焊针对先进材料的连接将继续扩大其应用。......
2025-09-29
匙孔效应：激光焊接中材料的黑洞
【摘要】：在平衡状态下，小孔表面任一点处有Fv+Fh+Fl=Fg+Fσ 激光焊时，与Fσ和Fv相比，Fg和Fl相对来说较小，可以忽略。焊接速度不高时，Fh也可忽略不计。因此，稳定匙孔的压力平衡条件方程简化为Fv≈Fσ 匙孔的出现大大改变了激光与物质的相互作用过程，即材料对激光的吸收大大增强。由于匙孔效应，当光束进入匙孔后，匙孔相当于一个吸光的黑体，使对激光能量的吸收率大大增加。
当激光光斑上的功率密度足够大时（≥106W/cm2），金属在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高到沸点，使金属熔化和汽化。当金属汽化时，所产生的金属蒸气以一定的速度离开熔池，金属蒸气的逸出对熔化的液态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面向下凹陷，在激光光斑下产生一个凹坑。当凹坑底部继续被加热汽化时，所产生的金属蒸气，一方面压迫坑底的液态金属，使小坑进一步加深；另一方面，向坑外逸出的蒸气将熔化的金属挤向熔池四周。这个过程继续进行下去，便在液态金属中形成一个充满金属蒸气的细长孔洞。当金属蒸气的反冲压力、流体动压力等与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳定的小孔。
匙孔形成并稳定后，并假设是一盲孔（非穿透），则有以下几种力达到平衡并维持匙孔的稳定存在：重力Fg、表面张力Fσ、蒸气压力Fv、流体动压力Fh和光束压力Fl，其中，Fv、Fh和Fl维持小孔张开，而Fg和Fσ则力图使小孔闭合。在平衡状态下，小孔表面任一点处有
Fv+Fh+Fl=Fg+Fσ （4-1-13）
激光焊时，与Fσ和Fv相比，Fg和Fl相对来说较小，可以忽略。焊接速度不高时，Fh也可忽略不计。因此，稳定匙孔的压力平衡条件方程简化为(https://www.chuimin.cn)
Fv≈Fσ （4-1-14）
匙孔的出现大大改变了激光与物质的相互作用过程，即材料对激光的吸收大大增强。匙孔通过两种方式吸收激光能量。一方面，通过菲涅尔（Fresnel）吸收机制，即激光在匙孔壁上发生多次反射，每次反射都被孔壁吸收一部分能量，最后激光大部分能量被吸收；另一方面，匙孔内的金属蒸气及其等离子体通过逆韧致吸收机制吸收一部分激光能量。由于匙孔效应，当光束进入匙孔后，匙孔相当于一个吸光的黑体，使对激光能量的吸收率大大增加。
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