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(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，但是激光焊接光致等離子體的“屏蔽”效應(yīng)限制了激光焊接在深熔焊方面的應(yīng)用。近年來日本學(xué)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(gè)新的方向。本文在國(guó)內(nèi)率先開展真空環(huán)境下激光焊接的研究，并重點(diǎn)研究真空環(huán)境下激光焊接的等離子體特性。
　　本文首先對(duì)真空環(huán)境下激光焊接的工藝特性進(jìn)行了研究，分析了環(huán)境壓力、焊接速度和離焦量對(duì)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(shí)，環(huán)境壓力對(duì)焊縫熔深的增加效果更加顯著。在真空環(huán)境下，較大的負(fù)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(dá)到最大熔深所需的負(fù)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(duì)真空環(huán)境下激光焊接過程觀測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)：真空環(huán)境對(duì)激光焊接等離子體有一定抑制作用。利用MATLAB軟件對(duì)等離子體圖片進(jìn)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(duì)激光的損耗效應(yīng)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)熔池長(zhǎng)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(jié)試驗(yàn)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(dòng)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(jì)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(jì)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(cè)激光測(cè)試定量地測(cè)量了等離子體羽煙對(duì)于激光的損耗效應(yīng)，研究表明：等離子體羽煙對(duì)激光的衰減和折射效應(yīng)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(jī)理，認(rèn)為真空環(huán)境下等離子體羽煙對(duì)于激光損耗