SUS 304不锈钢是常见的奥氏体不锈钢,在船舶、航空航天、核电等行业中有广泛应用。激光焊以焊接速度快、热影响区小、高深宽比、精确控制等优点被广泛使用。由于中厚板焊接过程中能量的传输与物质交换过程复杂,易产生缺陷。为了增加熔深,改善焊缝成形,本文采用内径为2mm的喷嘴对8mm厚的SUS 304不锈钢板光纤激光焊接的光斑中心进行吹气,研究细管径侧吹气体对光纤激光中厚板焊接过程及成形的影响。此外,利用高速摄影相机对焊接过程中熔池、匙孔、金属蒸汽以及匙孔内壁的行为进行观察,从而研究细管径侧吹气体对焊缝成形及熔深的影响机理。对SUS 304不锈钢光纤激光焊的金属蒸汽进行了光谱采集分析,发现外加氩气或者氮气作为侧吹气体,或者无外加侧吹气体,所得光谱中谱线强度较高的波长范围为500-700nm,波长大于800nm的谱线强度较低。故选用810nm波长功率高达500W的背景激光光源与中心波长为810nm带宽为10nm的滤波片,可以有效过滤掉金属蒸汽光辐射的影响,较为清楚的捕捉焊接过程中熔池与匙孔以及匙孔内壁行为的影像。在进行了氩气与氮气的对比试验之后可以发现,在焊接过程中,使用氩气作为细管径侧吹气体比起使用氮气,匙孔开闭频率更低,使用氩气得到的焊缝比使用氮气所得到的焊缝飞溅更少,宏观成形更均匀,焊缝熔深更大,故使用氩气作为细管径侧吹气体更符合本文的目的。使用氩气作为细管径侧吹气体时,在三种试验的焊速下,焊缝熔深均随着细管径侧吹气体流量增大而增大,当细管径侧吹气体流量为10L/min时,获得熔深最大且成形良好的焊缝。通过匙孔深度实时拍摄观测试验研究可以发现,匙孔深度随着细管径侧吹气体流量增大而增加。当金属蒸汽高度较高时,对应的匙孔深度较浅,而当金属蒸汽被压制时,匙孔深度较深。压制金属蒸汽高度与面积,对焊缝熔深的增大有利。对焊接过程中针对熔池匙孔拍摄的高速摄影视频进行了分析,发现熔池面积、熔池长度、匙孔面积以及匙孔宽度均随着细管径侧吹气体流量增大而增家。外加细管径侧吹气体,可以明显减小匙孔的开闭频率,从而减少金属飞溅,提高焊缝宏观成形质量。而当细管径侧吹气体流量过大时,会把熔池中的液态金属挤压到熔池之外,从而造成焊缝不成形。通过GG17玻璃与SUS 304不锈钢的拼接焊,配合背景激光光源使用高速相机对匙孔内壁行为进行观察,发现匙孔深度随着细管径侧吹气体流量增大而增加。此外,匙孔前壁有所倾斜,匙孔前壁金属液化后有向熔池底部流动的趋势。匙孔后壁随着细管径侧吹气体流量的增大而产生不同程度的凸起与形变状态。对焊接过程中针对金属蒸汽拍摄的高速摄影视频进行了分析,发现金属蒸汽的面积与高度均随着细管径侧吹气体流量增加而减小。当细管径侧吹气体流量为0或5L/min,金属蒸汽的面积与高度变化不大,而当细管径侧吹气体流量为10L/min,金属蒸汽的面积与高度下降颇大,当细管径侧吹气体流量为15或20L/min,金属蒸汽的面积与高度较10L/min时变化不大,故从对金属蒸汽的压制上来看选择10L/min作为细管径侧吹气体的吹气速度为最优选择。