激光深熔焊接光致等离子体的控制
激光焊接工艺的质量控制
接是无接触加工 ， 没有工 具损耗和 —具调换等 问题 。激光束 能量可调 ， 亡
移动速度 可调 ， 以多种焊接加 工 ； 可 ③激 光焊接 自动化 程度高 ， 以用 可 计算机进 行控制 ， 焊接速度快 ， 功效高 ， 可方 便的进行 任何复杂形 状的
焊接 ； ④激光焊接热影 响区小 ， 材料变形小 ， 无需后续工 序处 理 ； 激光 ⑤ 可通过玻璃焊接处于 真空容器内的丁件及处于复杂结构 内部位 置的工
一
激光焊接过程监测 与质量 控制 一直是激光焊接领域研 究和发展的 个重要 内容 ， 利用 电感 、 电容 、 声波 、 光电 、 觉等各种 传感 器 ， 视 通过人 下智能和计算机处理方法 ， 针对 不同的激光焊 接过程 和要求 ， 实现诸如 焊缝跟踪 、 缺陷检测 、 焊缝成形质 量监测等 ， 并通过 反馈控制调节 焊接 工艺参数 ， 从而实现高质量的 自动化激光焊接过程。 ３１ ． 激光焊接过 程监测 利用各种传 感器对激光焊接过程 中产 生的 等离子体 进行检测是 常用和有效 的方法 。根据检测信 号的不 同， 激光
陷的产生几率。
熔深和成形 质量 的变化 ， 不仅可 以诊 断出诸 如咬边 、 烧穿 、 驼峰等焊缝 成形缺 陷 ， 而且在一定 ｌ 艺条件下还 可以检测焊缝 内部质 量 ， Ｔ 例如 。 气 孔倾向的严重程度。
３２激光焊接过程控 制 激光焊接过程控 制的主要内容就是对焊接 ． 工 艺参数 的控 制 。在激 光焊接时 ， 光束 焦点位置是影 响激光深熔焊质
影响焦点位 置的稳定性 ， 包括 因非平 面工件和焊接变 形引起的焊接喷
求 ， 光焊接本身存在 的间隙适 应性差 ， 激 即极小的激光聚焦 光斑 对焊前 工件 的加工装配要求过 高 ， 此外 ， 激光焊接作为一种 以 自 熔性焊接 为主
激光深熔焊接的主要工艺参数(精)
（一）激光深熔焊接的主要工艺参数1)激光功率。
激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。
只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。
如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。
而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。
激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。
焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。
一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。
2)光束焦斑。
光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。
但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。
光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。
最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。
这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。
3)材料吸收值。
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
CO2激光器的输出波长通常为10.6μm，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高，而金属材料在室温时对它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至气化，它的吸收才急剧增加。
采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法，提高材料对光束的吸收很有效。
4)焊接速度。
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。
万瓦级光纤激光焊接过程中小孔内外等离子体研究_李时春
(4)
其 中, n i 为 离 子 密 度, 局 部 热 力 学 平 衡 条 件 下, n i = n e ; n0 为 电 离 后 的 金 属 原 子 密 度; Z0 和 Z1 分别为基态和离子态配分函数; m e 为电子质
i 量; E∞ 为 一 级 电 离 能 (假 设 焊 接 过 程 中 等 离 子 i 体 为 一 级 电 离 状 态); ∆E∞ 为 电 离 能 修 正 系 数, i ∆E∞ = 0.223 eV. 当获得等离子体的电子温度和
104212-2
图2
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孔内等离子体观察装置及其光谱检测装置示意图
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孔外等离子体观察装置及其光谱检测装置示意图
2.2
理论背景
采集等离子体光谱信号后, 利用现有等离子体
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 63, No. 10 (2014) 104212
万瓦级光纤激光焊接过程中小孔内外 等离子体研究∗
李时春 陈根余 † 周聪 陈晓锋 周宇
(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082)
( 2013 年 12 月 9 日收到; 2014 年 1 月 28 日收到修改稿 )
为了进一步深入了解超高功率光纤激光深熔焊接过程中等离子体特征, 试验拍摄了深熔小孔内外等离子 体形态, 并采用光谱仪检测分析了光纤激光致等离子体光谱信号. 利用检测得到的等离子体光谱信号, 计算 研究了等离子体的电子温度、 电子密度、 电离度以及等离子体压力特征, 并分析了在小孔内不同深度处及孔外 等离子体的变化规律. 结果表明, 孔内等离子体呈现不均匀分布特征, 孔外金属蒸气远多于等离子体. 等离子 体光谱分析显示, 光纤激光致等离子体辐射出的谱线较少, 即电离程度较低. 进一步的计算结果同样证实了 光纤激光致等离子体处于弱电离状态, 但等离子体电子密度仍然处于较高水平, 且等离子体瞬态压力可达到 数百个大气压.
深熔焊基本原理
深熔焊基本原理
深熔焊是一种热焊接工艺，它通过在工件接头处施加电弧、电流、燃气火焰或激光束等高能量热源，使其局部熔化并冷却后形成焊缝，从而实现工件的连接。
其基本原理如下：
1. 温度控制：深熔焊的焊接温度通常比常规焊接高，需要控制焊接区域的温度，以避免过热或过冷对工件产生不良影响。
2. 侵入控制：焊接过程中，焊接材料在熔化的同时会侵入母材中，形成焊接区域。
深熔焊需要精确控制焊接侵入深度，以确保焊接质量。
3. 空气保护：在焊接过程中，焊接区域需要保护，以避免氧化、氢裂纹等不良反应。
通常采用惰性气体（如氩气）或活性气体（如二氧化碳）进行保护。
4. 焊接速度：焊接速度对于深熔焊来说非常重要，过快的焊接速度容易导致焊接质量降低，过慢的焊接速度则会导致过热和留下不良缺陷。
深熔焊是一种高精度、高质量的焊接工艺，广泛应用于航空、航天、汽车、电子、通信等行业。
但是也需要注意焊接质量控制、保护环境和人员安全等问题。
焊接培训中激光深熔焊接的成形与熔深控制技术
焊接培训中激光深熔焊接的成形与熔深控制技术激光深熔焊接是一种高效、精确、可重复性好的焊接方法，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
本文将介绍激光深熔焊接的成形过程以及熔深控制技术。
一、激光深熔焊接的成形过程激光深熔焊接是通过将高能密度的激光束聚焦在焊点上，使焊接材料瞬间达到熔点并形成熔池，从而实现焊接的过程。
其成形过程主要包括瞬时加热、液态扩散、冷却凝固三个阶段。
1. 瞬时加热激光束照射到焊接材料表面时，光能被吸收并转化为热能，焊接材料迅速升温，达到熔点以上。
这种瞬时加热的过程使得焊接材料迅速融化形成熔池。
2. 液态扩散在熔池形成后，激光能量会继续输入到焊接材料中，使得熔池内的温度保持在一定范围内。
在这个过程中，熔池内的材料会发生液态扩散，从而达到焊接材料的相互混合，形成焊缝。
3. 冷却凝固当激光束停止照射后，焊接材料开始冷却并凝固。
冷却过程中，焊接材料的结构逐渐恢复，形成完整的焊缝。
二、激光深熔焊接的熔深控制技术激光深熔焊接的熔深控制技术是指通过调节焊接参数，控制焊缝的深度，以保证焊接质量。
常用的熔深控制技术包括功率控制、焦距调整、扫描速度控制等。
1. 功率控制激光的功率是控制焊缝熔深的重要因素。
通过调节激光的功率，可以控制熔池的温度和深度。
一般情况下，增加激光功率可以增加焊缝的熔深，但过高的功率可能会导致焊缝出现裂纹或变形等问题。
2. 焦距调整焦距是指激光束从激光发生器到焊点的距离。
通过调整焦距，可以改变激光束的聚焦深度，从而影响焊缝的熔深。
一般来说，焦距越小，激光束聚焦的越深，焊缝的熔深也会相应增加。
3. 扫描速度控制扫描速度是指激光束在焊接过程中的移动速度。
通过调节扫描速度，可以控制激光束对焊接材料的加热时间，从而影响焊缝的熔深。
一般来说，增加扫描速度可以降低焊缝的熔深。
三、总结激光深熔焊接是一种精确、高效的焊接方法，在焊接培训中有着广泛的应用。
本文介绍了激光深熔焊接的成形过程，包括瞬时加热、液态扩散和冷却凝固三个阶段，并介绍了熔深控制技术，如功率控制、焦距调整和扫描速度控制。
激光深熔焊接中焊缝微观组织的实时动态调控
激光深熔焊接中焊缝微观组织的实时动态调控在激光深熔焊接中，焊缝的微观组织对于焊接接头的性能和质量具有关键影响。
传统的焊接方法对焊缝组织调控的能力有限，无法满足高质量焊接的需求。
而激光深熔焊接作为一种高能高效的焊接方法，其焊缝组织调控的需求更为迫切。
本文将重点探讨激光深熔焊接中焊缝微观组织的实时动态调控方法和技术。
1. 激光深熔焊接的基本原理激光深熔焊接是利用激光束将焊接区域加热至熔化温度并形成熔池，在熔池中通过热传导和冷却过程实现焊接连接。
激光深熔焊接具有能量密度高、热效应小等优点，可以实现高速、高质量的焊接。
2. 焊缝组织的调控需求焊缝组织的性能决定了焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能，对于焊接接头的可靠性至关重要。
传统的焊接方法难以实现对焊缝组织的精确控制，存在焊缝区域过热、组织非均匀等问题。
而激光深熔焊接由于能量密度高、热输入集中等特点，为实现焊缝组织的精确调控提供了可能。
3. 实时动态调控方法为了实现焊缝组织的实时动态调控，需要对焊接过程进行在线监测和控制。
常用的监测手段包括光学监测、声学监测、电磁监测等。
通过对激光深熔焊接过程中的参数和监测信号进行实时分析和处理，可以实现对焊缝组织的精确控制。
4. 光学监测方法光学监测是激光深熔焊接监测中最常用的方法之一。
通过采集焊接过程中的光学信号，例如熔池形态、熔深、焊缝几何形状等，可以实时监测焊接过程中的动态参数，并根据监测结果进行反馈控制。
光学监测方法可以实现对焊缝微观组织的精确调控，提高焊接接头的性能和质量。
5. 声学监测方法声学监测是一种通过检测焊接过程中产生的声波信号来实现对焊接质量的监测和控制的方法。
声学监测可以实时反馈焊接过程中的熔池信息，通过分析声学信号的频谱和强度变化，可以判断焊缝组织的质量，并实现实时调控。
6. 电磁监测方法电磁监测是一种利用电磁信号对焊接过程进行监测和控制的方法。
电磁监测方法可以通过检测焊接区域的电磁辐射信号，如电磁波、电磁感应等，实时反馈焊接过程中的熔池状态和组织形态，并根据监测结果进行实时调控。
激光熔凝焊接技术的工艺参数选择与控制策略
激光熔凝焊接技术的工艺参数选择与控制策略激光熔凝焊接技术是一种高精度、高效率的焊接方法，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
在进行激光熔凝焊接时，工艺参数的选择和控制策略的制定对焊接质量和效率起到至关重要的作用。
本文将探讨激光熔凝焊接技术的工艺参数选择与控制策略，以期提供一些有益的参考。
首先，工艺参数的选择是激光熔凝焊接的关键。
激光功率、扫描速度、焦点位置等参数的合理选择直接影响焊缝的质量。
激光功率的选择应根据被焊材料的性质和厚度来确定。
较高的功率可以提高焊接速度和熔池深度，但过高的功率可能导致材料烧毁或产生过多的熔渣。
扫描速度的选择应综合考虑焊接质量和生产效率。
较高的扫描速度可以减少熔池的过热区域，但过快的速度可能导致焊缝不完全熔透。
焦点位置的选择应根据被焊材料的厚度和形状来确定。
焦点位置的调整可以改变焊缝的宽度和深度，从而控制焊接的质量。
其次，控制策略的制定是激光熔凝焊接的关键。
激光熔凝焊接是一个复杂的过程，需要通过合理的控制策略来保证焊接质量。
首先，焊接前的预热和预处理是非常重要的。
预热可以减少焊接过程中的应力和变形，提高焊接质量。
预处理可以去除材料表面的氧化物和污染物，提供良好的焊接接触。
其次，焊接过程中的温度控制是关键。
激光熔凝焊接过程中，熔池的温度需要保持在合适的范围内，以确保焊接质量。
过高或过低的温度都可能导致焊缝的质量下降。
最后，焊接后的冷却和后处理也是关键。
冷却过程中的温度控制可以减少焊接残余应力，提高焊接质量。
后处理可以去除焊接残余物和改善焊缝的外观。
除了工艺参数的选择和控制策略的制定，激光熔凝焊接技术还需要合适的设备和操作人员。
设备的选择应根据焊接材料的性质和需求来确定。
激光器的功率、波长和光束质量等参数都会影响焊接质量。
操作人员需要经过专业的培训和实践经验，熟悉激光熔凝焊接技术的原理和操作方法，能够准确地选择工艺参数和制定控制策略。
综上所述，激光熔凝焊接技术的工艺参数选择与控制策略是确保焊接质量的关键。
激光焊接过程中的光学系统调节与控制
激光焊接过程中的光学系统调节与控制激光焊接是一种高精度、高效率的金属连接技术，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域。
而光学系统调节与控制是激光焊接过程中至关重要的一环，它直接影响着焊接质量和效率。
在激光焊接过程中，光学系统起到了将激光束聚焦到焊接点的关键作用。
光学系统由透镜、反射镜等光学元件组成，通过调节这些光学元件的位置和角度，可以实现激光束的聚焦和定位。
因此，光学系统的调节与控制是确保焊接质量的关键一步。
首先，光学系统的调节是指通过调整透镜和反射镜的位置，使激光束能够准确地聚焦在焊接点上。
焦点的位置和大小直接影响着焊接的深度和宽度。
调节光学系统需要依靠精密的仪器和专业的技术人员，通过观察焊接过程中激光束的表现，来判断焦点位置是否准确。
如果焦点位置偏离了焊接点，就会导致焊接质量下降，甚至无法完成焊接。
其次，光学系统的控制是指通过控制透镜和反射镜的角度，使激光束的聚焦点能够准确地定位在焊接点上。
焦点的定位精度直接影响着焊接点的位置和形状。
控制光学系统需要依靠精密的控制系统和高精度的电机，通过控制透镜和反射镜的角度，来实现焦点的准确定位。
如果焦点定位不准确，就会导致焊接点偏移或者焊接接头形状不规则，从而影响焊接质量。
除了焦点的调节和控制，光学系统还需要进行其他的参数调节和控制，以实现更好的焊接效果。
例如，激光功率的调节可以通过改变激光器的工作电流来实现，激光束的大小可以通过改变透镜的直径来调节。
这些参数的调节和控制都需要经验丰富的技术人员来完成，他们需要根据具体的焊接要求和材料特性，来确定最佳的参数设置。
光学系统的调节与控制是激光焊接过程中的一项技术活动，需要技术人员具备丰富的经验和专业知识。
他们需要了解激光器的原理和性能，熟悉光学元件的特性和使用方法，掌握焊接工艺的要求和参数设置。
只有经过充分的调试和控制，才能够确保激光焊接过程的稳定性和可靠性。
总之，光学系统的调节与控制是激光焊接过程中的重要环节，直接关系到焊接质量和效率。
激光深熔焊接中焊缝成分均匀性的在线控制
激光深熔焊接中焊缝成分均匀性的在线控制概述：激光深熔焊接作为一种高效、精密的焊接技术，广泛应用于各个行业。
焊缝的质量直接关系到焊接件的性能和可靠性，因此对焊缝成分均匀性的在线控制显得尤为重要。
本文将从激光深熔焊接的原理，焊缝成分均匀性的影响因素以及在线控制方法三个方面进行论述。
一、激光深熔焊接的原理激光深熔焊接是利用高能密度激光束将工件表面加热到熔化温度，通过控制激光焦点在工件内部形成深而窄的熔池，然后快速冷却固化，形成焊缝。
其焊接速度快、变形小、熔深大等特点使其成为现代焊接技术的热点之一。
二、焊缝成分均匀性的影响因素焊缝成分均匀性直接取决于焊接过程中熔池的形成与凝固过程。
以下是焊缝成分均匀性影响的主要因素：1. 激光功率密度：激光功率密度对焊接的熔化深度、凝固速度和晶粒尺寸等有着直接影响。
2. 激光扫描速度：激光扫描速度决定了焊接熔池在焊接区域停留的时间，过快的扫描速度会导致焊缝成分不均匀。
3. 材料的熔化性能：材料的熔化性能包括熔点、熔化潜热等，不同材料具有不同的熔化性能，对焊缝成分均匀性产生影响。
4. 辅助气体的选择：辅助气体的流动和化学反应会对熔池的形成和凝固过程产生影响。
三、焊缝成分均匀性的在线控制方法为了实现焊缝成分均匀性的在线控制，可以采用以下方法：1. 优化激光参数：通过对激光功率密度和扫描速度的合理选择，可以使焊接熔池的形成和凝固过程更加均匀。
实际操作中，可以通过提前建立焊接过程与焊缝成分之间的关系模型，通过调整参数获得更好的成分均匀性。
2. 控制辅助气体：辅助气体的选择和流动速度会对焊接熔池的形成和凝固速度产生影响。
在焊接过程中，可以通过调整辅助气体的流量和压力，控制熔池周围气氛的成分以及流动状况，从而实现焊缝成分均匀性的控制。
3. 在线监测与反馈控制：通过使用合适的传感器和检测设备，实时监测焊接过程中的关键参数，比如熔池温度、成分等信息，并及时反馈给控制系统。
控制系统可以根据反馈信息进行实时调整，从而保证焊缝成分的均匀性。
焊接技术培训中激光深熔焊接的成型与表面质量控制
焊接技术培训中激光深熔焊接的成型与表面质量控制随着现代工业的快速发展，焊接技术作为一种常见的连接工艺也得到了广泛应用。
而在焊接技术中，激光深熔焊接由于其高能量密度、热输入小以及焊缝质量高等优势而备受青睐。
然而，要保证激光深熔焊接的成型和表面质量，我们需要进行严格的控制和管理。
本文将重点探讨焊接技术培训中激光深熔焊接的成型与表面质量控制的方法和注意事项。
一、激光深熔焊接成型控制1.选择合适的焊接参数在激光深熔焊接中，焊接参数的选择对于焊接成型至关重要。
首先，我们需要根据所焊接材料的性质和要求确定适宜的功率密度、焊接速度等参数。
其次，合理调节束斑直径和聚焦距离，确保激光的焦点集中在焊接部位。
最后，调整扫描速度和激光功率等参数，以控制焊接深度和焊缝宽度。
通过合理选择和调整焊接参数，可以有效控制激光深熔焊接的成型。
2.焊接过程监控与控制为了确保激光深熔焊接的成型质量，我们需要对焊接过程进行实时监控与控制。
通过激光功率、焊接速度、焦距等传感器的实时反馈，可以获取激光深熔焊接的实际状况。
利用这些数据，可以对激光功率、焊接速度等参数进行实时调整，以保持焊接过程中的稳定和均匀。
此外，还可以通过监测焊接过程中的温度分布和熔池形态等参数，来判断焊接是否正常进行，并及时采取相应的控制措施。
二、激光深熔焊接表面质量控制1.激光深熔焊接缺陷分析在激光深熔焊接过程中，可能会出现一些焊接缺陷，如气孔、裂纹、夹杂物等。
对于激光深熔焊接的表面质量控制，我们需要首先对焊接缺陷进行分析和判定。
通过显微镜观察、金相显微分析等手段，可以准确判断焊接缺陷的性质和产生原因。
并针对不同的焊接缺陷，制定相应的控制措施，以避免其产生或减少其发生频率。
2.焊接工艺参数的优化焊接工艺参数的优化对于提高激光深熔焊接的表面质量起着重要作用。
通过合理选择激光功率、焊接速度、预热温度等参数，可以有效减少焊接缺陷的产生。
此外，适当调整焊接顺序和焊接层数，使得焊接过程中的温度分布更加均匀，有利于提高焊接表面的质量。
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作者 简 介 ： 刘锟 （９４． ， ， 西 西 安 人 ， 士 研 究 生 ； １８ ）女 陕 硕
电话 ：３ ４ ２ ８ ３ ； － ｉ：ａｌ２ ０ ＠ｙｈ ｏｔｍ． １６ ９ ５ ４ ｌ Ｅｍａ ｆｙｋ ０ ３ ａｏ ． ｃ ｌ ｏ ｎ
加 工工 艺》２０ ０ ７年 第 ３ ６卷第 ２ ３期
等 离 子 体 的 控 制 技 术 成 为 研 究 的 热 点 。 本 文 在 简 要 介 绍 等 离子 体 形 成 、 类 的基 础 上 ， 分 系统 归 纳 了 国 内 外 几 种 控 制 等 离 子 体 的 方 法 ， 对 这 几 种 方 法 进 行 了 比较 。其 中 ， 细介 绍 了真 空 焊 接 法 并 详 关 键 词 ： 光 深 熔 焊 接 ； 致 等 离 子体 ： 制 ： 激 光 控 真空
抑 制光 致等 离子 体 。唐霞 辉 等人【利 用 同轴双 层 ’ ６ 】 喷 嘴 辅 助 气 体 对 等 离 子 体 进 行 控 制 ． 发 现 用 Ｈ ＋ ５ ｒ混 合 气 体 作 保 护 气 体 能 显 著 改 善 熔 ｅ １％Ａ 深 ．并 且 随着外 层 喷嘴环 形 气体 压力 的增 大 可 以 很 好地 控制 等离 子 体 。李 国华等 人【研究 了大功 ７ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｄｕ ｉ ｇ ｌｓ ｒ ｅ ｅ ｒ ｔ ｎ ｗｅｄ ｎ ｌ ｓ ｒｉ ｄ ｃ ｄ ｐａ ｍａｈ ｂ ｉ ｕ ｈ ｅｄ ｎ ｆｅ ｔ ｎ ｌ ｅ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｓｒ ｃ ： ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ｉ ｇ， ａ ｅ ｕ ｅ ｌ ｎ ａ ｐ ａ ｏ ｎ ｓ ａ ｏ ｖｏ ｓｓ ｉ ｌ ｉ ｇｅ ｃ ａ ｒｅ ｅ ｇ ｎ ｓ ｏ ｓ ａ ｅ ｔ ｌ ｉ ｇ ｑ ａｉ ｉ ｎ ｆ ａ ｔ ．Ｔ ｅ ｅ ｏ ｅ ｈ ｏ ｔ ｌｔｃ ｎ ｌ ｇ ｆ ｐａ ｍａ ｂ ｃ ｍｅ ｅ ｆ ｌｓ ｒｐ ｎ ｔ ｔ ｎ ｆ ｃｓ ｗｅｄ ｎ ｕ ｌ ｙ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｌ ｔ ｉ ｙ ｈ ｒ ｆ ｒ ，ｔ ｅ ｃ ｎｒ ｅ ｈ ｏ ｏ ｏ ｙ ｏ ｌ ｓ ｅ ｏ ｓ ａ ｋ ｙ ｏ ｅ ｅ ｅ ｒ ｉ ａ ａｏ ｗｅ ｄｎ ． ｅ ｍｅ ｏ ｓｔ ｏ ｔ ｌ ｅｐ ａ ｍａａ ｅ ｓ ｍｍ ａ ｉｅ ｎ ｏ ａ ｅ ． ｅ ｖ ｃ ｕ ｌ ｅ ｌ ｉ ｇ ｉ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｌ ｉ ｇ Ｔｈ ｔ ｄ ｃ ｎ ｏ ｌ ｈ ｏ ｒ ｔ ｈ ｓ ｒ ｕ ｒ ｄ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ Ｔ ａ ｕ ｍ ｚ ｈ ｓ ａ ｒ ｗｅｄ ｎ ｎ ｄ ｃ ｄ ｉ ｓ ｒ ｄ ｔｉ ． ｅ ｌ ａ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｅ ｅ ｅｒ ｔ ｎｗｅｄ ｎ ； ａ ｅ ｄ ｃ ｄｐ ａ ｍａ ｃ ｎ ｒ ｌ ｖ ｃ ｕ ｙｗｏ ｄ ：ｌ ｒ ｎ ｔ ｉ ｌ ｉ ｇ ｌｓ ｒ ｎ ｕ ｅ ｌｓ ； ｏ ｔｏ ； ａ ｕ ｍ ｓ ｐ ａｏ ｉ
在激 光深 熔焊 接过 程 中 ，金属 会很 快 蒸发 电 离并 产 生等离 子 体 。等离 子 体会折 射 、散 射 以及
辅助 气体 能更 有 效 的控 制 等离 子体 。通 常使 用 的 辅 助 气 体 中氦 气 控 制 等 离 子 体 的效 果 最 好 ［ １ ３ １ Ｂｃ ｅｋ等 人【 发现 ， Ａ ： ｅ＝ ： 合 时抑 制 等 离 ４ ］ 当 ｒ Ｈ ｌ ３混 子体 的 效果 最好 。张林 杰 等 人【分析 指 出对 流冷 ５ １ 却 作 用 是 侧 吹 气 体 能 够 抑 制 等 离 子 体 的重 要 原
吸 收激 光能 量 ，影 响和改 变激 光 同材 料 间的相 互
２ 等 离 子体 在 能 量 传 输 中的 作 用
激 光深 熔 焊接过 程 中产 生 的等离 子 体对 入射 激 光 具有屏 蔽 作用 ， 响正 常焊 接过 程 。 离子体 影 等 的吸 收和散 射作 用影 响 了激 光 的传输 效 率 ，降低 了到 达工件 上 的激 光能 量 ；而 等离子 体 的 负透镜 效 应 扩大 了激 光能 量在 工件 上 的作用 区 。从 而 降
另 外 ，焊接 速度 及材 料性 质也 会对 等离 子体 产生影 Ｉ ｔ１ ￣７ 。 ］・ ８
４ 光 致等 离子 体 的控 制 方法
人们通 过 改变影 响等 离子 体 的 因素 来对 等离 子体进 行控 制 ．以期 达 到减小 或 消除 它对 激光 干
扰 的 目的。
因 ，优 化 的侧吹 喷 嘴高度 和侧 吹 流速 可 以有 效 地
金 属 飞溅 。
应用 较少 ， 有待 进 一步检 验 。 （） ４ 吹辅助 气体 法 在 激光 焊接 过程 中 ． 吹保 护 气 体是 利用 保护 气体 流 动的能 量将 金 属蒸 汽和 等离 子体从 激 光光路 吹 除 ， 或通过 增 加 电子 、 子 离
和 中性 原 子 三体 碰 撞 来 增加 电子 的 复合 速 度 ． 以 降低 等离 子体 的 电子 密度 。 导热 性 好 、 电离能 高 的
维普资讯
焊 接 ・ 割 （ 切 ６ ）
激光深熔焊 接光致等 离子体 的控制
刘 锟 。 刘金 合 ・周 畅 ： 。
（． 北 工 业 大 学 材 料 学 院 ， 西 西安 ７０ ７ ； ． 安航 空 发 动机 （ 团） 限公 司， 西 西 安 ７０ ２ ） １西 陕 １０ ２ ２西 集 有 陕 １０ １ 摘 要 ： 光 深 熔 焊 接 过 程 中 ， 致 等 离 子 体 对 激 光 能 量 有 显 著 的屏 蔽 作 用 ， 重 影 响 了焊 接 质 量 ， 此 ， 激 光 严 因 对
维普资讯
焊 接 ・ 割 （ 切 ６ ）
值 及维持 阈 值成正 比 ； 激光 光斑 直径越 小 ． 等离 子 体 就越难 以形 成 。 （ ） 焊 接环 境 而 言 ， 境压 力 、 ２就 环 环境 气 体 及 气 体流量 都 会对等 离 子体产 生 影响 。环境 压 力越 低， 蒸气 密度 及 电子密 度就 会越 低 ， 而 等离 子体 从 越 不易 产生 ； 环境 气体 电离 能越 低 、 导热 性越 差越 容 易形 成等 离子 体 ： 境气 体流 量越 大 ． 环 等离 子体 体 积就越 小 ． 但是 其流 量过 大会 使匙 孔扩 大 、 化 熔
率 Ｃ 光焊 在 不 同侧 吹 气体 流 量 下 ， 吹气 流 Ｏ激 侧
方 向 不 同 对 其 焊 接 过 程 稳 定 性 和 焊 缝 成 形 的影
响 。结果 表 明 ，随着侧 吹气 体 流量 的增 加熔 深增
加． 当气 流方 向与 焊接 方 向相 反时 ， 获得更 稳 定 可 的焊 接过 程 和更 大的熔 深 。 光焊接 过 程 中 ， 激 吹辅 助 气体 控 制等 离 子 体 的 方法 相 对 灵 活且 简 单 ， 可 以 同时 起 到 控 制等 离 子 体 和 保 护 熔 池 的 双 重 作
大． 金属表 面形 成 的金 属蒸汽及 保护气 体 的一部分
自由电子通 过吸收 光子能量 而被加 速 。 至有足 够 直
的能量使 金属蒸汽 及保护气 体电离 ， 从而 导致 电子 密度雪 崩式的增长 ， 成致 密的等离 子体 。 形 激光 焊接 时产 生 的等离 子 体属 于低 温等 离 子 体 。从空 间位 置 和等离 子 体 的强弱 来 看 ，在 不 同 的激 光功 率 密度 条 件 下 ， 以将激 光 等离 子 体 分 可 为三类 ： 当激 光 功 率 密 度 ＜ ０ Ｗ／ 时 。 离 子 １ ｃ ｍ２ 等 体 非 常 稀 少 并 附在 工 件 表 面 ； 当功 率 密 度 处 于 １６ ０ Ｗ／ｍ 围 时 。等 离 子 体 在 工件 上 方 形 ０ ～１ ｃ 范 成稳 定的 近似球 形 的云 团 ； 当功 率密 度增 加 到 ｌ ０ Ｗ／ｍ 以上时 。 离子 体呈 周期 性 变化 【】 ｃｚ 等 ３。 Ｉ ４
激 光深熔焊 接过程 中 。 入射光束 的能量 密度较
近年来 ，国内外对等 离子体进 行 了深入研 究 。 起初人们 认为 。 离子体对 激光 的屏蔽作 用是 由于 等 激 光深熔 焊 接 中的光 致等 离子 体 吸收 了部 分激 光 能 量致使 工 件表 面 的能量 密度 小 于深熔 焊 接 阈值 所致 。后经 国外 大量研究 得 出 。 等离子 体对激 光的 折射行 为才是 引起等离子 体屏蔽 的主要原 因。 在激 光深熔 焊接过程 中 。 等离子 体对激 光 的折 射作用 大 大 降低 了耦合 到工件表 面的能 量密度 。 并且 导致激 光 实际聚焦位 置 比正常 聚焦位置偏 低［１ ４。 ． ６
低 了焊 接 质量阎
作用 ， 低激 光 的功 率和热 源 的集 中程度 ． 而影 降 从 响熔 深 。 产生 焊接 缺 陷 ， 重 时使激 光 焊接 无法 正 严 常 进行 。 因此 。对等 离子 体 的控制 是 激光 深熔 焊
接 的关 键【 ］ Ｉ。 ＇ ２
１ 光 致等 离子 体 的 形 成 及 分 类
（ ） 光摆 动法 （ Ｓ Ｗ ） 该 法 是 由 Ｙ Ａ ａ １激 ＬＳ ｒｔ ａ 提 出 的。在焊 接 过程 中 ，激 光束 沿 焊接方 向来 回 摆 动 ． 匙孔 出现 后 而等离 子体 形成 以前 。 光斑 在 将 瞬 时移 至熔池 的后 缘 ， 等离 子体 来不 及扩 展 ， 光束 又 向前 移动形 成新 的小 孔 ． 如此 周 而复始 。 种方 这 法 能获得 比脉 冲激光 焊接更 深 和更 大深 宽 比的焊 缝 ． 是这 种方 法在实 际操 作 中不 易控 制 。 但 （ ）脉 冲激光 焊接 法 ２ 通 过 调整 激光 的脉 冲 频率 ．使 激光 的辐 照时 间小 于等 离子 体 的形成 时 间 ． 而 抑制等 离 子体 的产 生 。 这种 方法 容 易引 从 但 起焊 缝 的波 动【 ６ 】 。 （ ）外加 电磁 场控 制法 由于等 离子 体是 被 ３ 电离 的气体 ， 它是 由电子 、 离子 和 中性粒 子 ３种 成
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３ 影 响等 离子 体 的 因 素