真空環(huán)境下激光焊接等離子體特性研究.pdf

1、目前，隨著大功率、高品質(zhì)激光器的快速發(fā)展，激光深熔焊在航空航天、船舶制造和汽車制造等領域的應用越來越廣，但是激光焊接光致等離子體的“屏蔽”效應限制了激光焊接在深熔焊方面的應用。近年來日本學者提出了真空環(huán)境下激光焊接的方法，為激光焊接提出一個新的方向。本文在國內(nèi)率先開展真空環(huán)境下激光焊接的研究，并重點研究真空環(huán)境下激光焊接的等離子體特性。
　　本文首先對真空環(huán)境下激光焊接的工藝特性進行了研究，分析了環(huán)境壓力、焊接速度和離焦量對焊縫成

2、形特別是熔深的影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著環(huán)境壓力的降低，焊縫熔深明顯增加，并且在焊接速度較小時，環(huán)境壓力對焊縫熔深的增加效果更加顯著。在真空環(huán)境下，較大的負離焦可以獲得較大的熔深和較好的成形，并且焊接速度越小達到最大熔深所需的負離焦越大。在優(yōu)化的工藝參數(shù)下，獲得了深寬比較大的平行焊縫。
　　利用CCD對真空環(huán)境下激光焊接過程觀測，研究發(fā)現(xiàn)：真空環(huán)境對激光焊接等離子體有一定抑制作用。利用MATLAB軟件對等離子體圖片進行了處理得出：等離子

3、體的高度和等離子體的亮度梯度都隨環(huán)境壓力的降低而降低，定性地分析了真空環(huán)境下激光焊接等離子體對激光的損耗效應。同時還發(fā)現(xiàn)熔池長度隨著環(huán)境壓力降低而增加，利用激光焊接等離子體凝結試驗證明了真空環(huán)境下激光焊接等離子體噴射速度的增加改變了激光焊接熔池流動行為。
　　利用光譜分析的方法分析了真空環(huán)境下激光焊接等離子體的光譜特性，利用玻爾茲曼法和斯塔克展寬法分別計算了不同環(huán)境壓力下等離子體的電子溫度和電子密度，并計算了逆韌致吸收系數(shù)。研究表

4、明：電子密度、電子溫度和逆韌致吸收系數(shù)都隨環(huán)境壓力降低而降低。理論分析發(fā)現(xiàn)環(huán)境壓力的變化改變了激光焊接的能量吸收形式。在大氣環(huán)境下激光焊接能量的吸收形式為逆韌致吸收和菲涅爾吸收，而在真空條件下激光焊接的吸收形式基本為菲涅爾吸收。
　　探測激光測試定量地測量了等離子體羽煙對于激光的損耗效應，研究表明：等離子體羽煙對激光的衰減和折射效應都隨環(huán)境壓力的降低而降低。深入分析了真空環(huán)境下激光焊接的機理，認為真空環(huán)境下等離子體羽煙對于激光損耗