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）是反映焊接過程穩(wěn)定性和物理特性的重要現(xiàn)象。對光致羽輝光譜進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)的實驗研究。為此，本文構(gòu)建了一個光纖激光焊接光譜采集系統(tǒng)，并基于該平臺研究了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，鋁合金光致羽輝為金屬蒸汽，其光譜強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，此時羽輝為等離子體，光譜強度呈指數(shù)型增長。
　　對AA6061鋁合金光致羽輝而言，Ar保護氣體在激光功率小于5kW時降低光譜強度，其作用在流量大于10l/min時趨于穩(wěn)定；在激光功率大于5

3、kW后反而增強光譜強度，其作用在流量大于5l/min后趨于穩(wěn)定。但是，He和N2保護氣體則在本實驗所有參數(shù)范圍內(nèi)都能夠有效降低光致羽輝光譜強度。
　　AZ31鎂合金和Q235低碳鋼光致羽輝在本實驗所有參數(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。鎂合金羽輝光譜強度隨激光功率的增加先增加后減少，在激光功率為2.5kW時達到最大值。Q23