光纖激光焊接光致金屬蒸汽-等離子體羽輝光譜特征研究.pdf

1、激光焊接光致金屬蒸汽/等離子體（羽輝）是反映焊接過(guò)程穩(wěn)定性和物理特性的重要現(xiàn)象。對(duì)光致羽輝光譜進(jìn)行采集和分析是一種深入了解激光焊接工藝特性和物理機(jī)制的新方法，但光纖激光焊接光致金屬蒸汽/等離子體光譜特性缺乏系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。為此，本文構(gòu)建了一個(gè)光纖激光焊接光譜采集系統(tǒng)，并基于該平臺(tái)研究了AA6061鋁合金、Q235低碳鋼和AZ31B鎂合金三種材料光纖激光焊接光致金屬蒸汽/等離子體羽輝的光譜特性。主要研究結(jié)果如下：
　　典型AA606

2、1鋁合金光致羽輝光譜由Al原子譜線、AlO自由基分子譜線和Mg原子譜線組成，譜線主要分布在380~550nm區(qū)間。當(dāng)激光功率小于5kW時(shí)，鋁合金光致羽輝為金屬蒸汽，其光譜強(qiáng)度隨激光功率增加而緩慢增加；當(dāng)激光功率大于5kW后，羽輝內(nèi)Mg元素被電離，此時(shí)羽輝為等離子體，光譜強(qiáng)度呈指數(shù)型增長(zhǎng)。
　　對(duì)AA6061鋁合金光致羽輝而言，Ar保護(hù)氣體在激光功率小于5kW時(shí)降低光譜強(qiáng)度，其作用在流量大于10l/min時(shí)趨于穩(wěn)定；在激光功率大于5

3、kW后反而增強(qiáng)光譜強(qiáng)度，其作用在流量大于5l/min后趨于穩(wěn)定。但是，He和N2保護(hù)氣體則在本實(shí)驗(yàn)所有參數(shù)范圍內(nèi)都能夠有效降低光致羽輝光譜強(qiáng)度。
　　AZ31鎂合金和Q235低碳鋼光致羽輝在本實(shí)驗(yàn)所有參數(shù)下都表現(xiàn)為金屬蒸汽。其中，鎂合金光譜由Mg原子譜線和MgO分子譜線組成；低碳鋼光譜以Fe原子譜線為主，在403nm附近有少量Mn的原子譜線。鎂合金羽輝光譜強(qiáng)度隨激光功率的增加先增加后減少，在激光功率為2.5kW時(shí)達(dá)到最大值。Q23