激光焊接典型航空材料金屬蒸汽-等離子體特征.pdf

1、激光焊接技術(shù)由于其能量密度高、熱影響區(qū)小、焊接變形小、焊接速度高等突出的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、船舶工業(yè)、汽車(chē)制造、壓力容器制造、民用及醫(yī)用等多個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。激光深熔焊接時(shí)，金屬材料對(duì)激光的吸收可以高達(dá)80％以上，焊接效率也急劇增大，因此深熔焊接是比較理想的焊接狀態(tài)。激光深熔焊接最顯著的特征就是小孔和等離子體的產(chǎn)生。等離子體是激光焊縫缺陷如未穿透、氣孔、成分變化等一個(gè)潛在的根源。但是，它的存在也提供了一種有用的對(duì)焊接條件監(jiān)測(cè)的方法，它

2、能被光和光譜傳感器進(jìn)行采樣分析。分析從等離子體輻射中獲得的光譜分量可以得到等離子體的重要物理特征。 本文以三種典型航空材料：鋁鋰合金5A90、鈦合金TA15和不銹鋼SUS304為研究載體，分別對(duì)其YAG激光焊接、CO2激光焊接以及YAG-MIG激光電弧復(fù)合焊過(guò)程中所產(chǎn)生金屬蒸汽/等離子體進(jìn)行研究。利用光譜儀對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行光譜監(jiān)測(cè)，獲得了這些典型航空材料在不同激光焊接過(guò)程中金屬蒸汽/等離子體的光譜分布特征，在此基礎(chǔ)上，利用光譜相對(duì)

3、強(qiáng)度法計(jì)算獲得了各種工藝條件下金屬蒸汽/等離子體的溫度及電子密度，并對(duì)工藝參數(shù)、激光波長(zhǎng)等對(duì)它的影響進(jìn)行了深入的探討。 針對(duì)鋁鋰合金5A90主要對(duì)比研究了YAG激光焊接、MIG電弧焊接以及YAG-MIG激光電弧復(fù)合焊接三種焊接方法時(shí)金屬蒸汽/等離子體的光譜分布特征，以及溫度和電子密度的變化特點(diǎn)。研究結(jié)果表明，鋁鋰合金5A90在單激光焊接、單電弧焊接以及復(fù)合焊接熱源下光譜分布特征均有較大不同。復(fù)合焊接中等離子體的平均溫度在6554

4、K左右，與MIG電弧焊接比較接近，而比YAG激光焊接中高出1200K左右；平均的電子密度在2.7×1012cm-3左右，也與MIG電弧焊比較接近，而YAG激光焊時(shí)的電子密度在3.9×1014cm-3左右。 針對(duì)TA15鈦合金，主要研究了波長(zhǎng)為1.06微米的YAG激光焊接和波長(zhǎng)為10.6微米的CO2激光焊接時(shí)，金屬蒸汽/等離子體的特征對(duì)比。研究表明，YAG激光與CO2激光焊接TA15鈦合金光譜分布特征不盡相同。同等工藝參數(shù)水平下，

5、CO2激光焊接等離子體溫度比YAG激光焊高出1000K左右，電子密度比YAG激光焊高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 針對(duì)SUS304不銹鋼，得到一組工藝參數(shù)下YAG激光焊接中金屬蒸汽/等離子體的平均溫度為7436K，平均電子密度為1.36X1016(cm-3)：同樣激光熱輸入下CO2激光焊接中金屬蒸汽/等離子體的平均溫度為7870K，電子密度為2.94X1016(cm-3)。 以上研究結(jié)果表明，金屬蒸汽/等離子體的溫度和電子密度除了與被