YAG激光焊接等离子体电信号检测与焊接模式分析

激光等离子体中包含了反映激光焊接过程特征的信息。利用激光等离子体光电信号同步检测系统,检测激光等离子体的光电信号并进行光电信号的对比分析,阐明了电信号与等离子体温度之间的关系;对A304不锈钢、430不锈钢、碳钢Q235等材料的激光表面自熔焊接过程的等离子体电信号进行了实时检测及概率密度分布分析,对深熔焊特征最明显的A304不锈钢进行了电信号概率密度分布的标准差分析。研究结果表明:利用激光等离子体电信号能够实时反映激光焊接等离子体的温度变化的特点,可以根据激光等离子体电信号概率密度分布来分析激光焊接模式的特点,进一步的标准差分析法可以判断A304不锈钢激光焊接的模式。     

A304不锈钢Nd∶YAG激光焊光致等离子体电信号频谱分析

利用无源电探针检测A304不锈钢在不同的Nd∶YAG激光焊接条件下的光致等离子体电信号,研究了不同的激光焊接模式与激光等离子体电信号频谱分析结果之间的关系,分析了不同条件下的等离子体电信号波形图和频谱图,阐述了不同激光焊接模式下的焊缝横截面成形特征与等离子体电信号波形、频谱特征的关系。结果表明,在试验设定条件下,不同的激光焊接模式具有不同的等离子体电信号频谱特征。利用在500~1000 Hz范围内等离子体电信号频谱的谱强度E的大小可判别激光焊接过程是否为深熔焊,当E较大或超过一定值时,激光焊接模式为深熔焊。     

铝合金CO2激光深熔焊接过程中等离子体的热力学行为研究

结合光学多通道分析仪和高速摄像仪的观测结果,对6061铝合金CO2激光深熔焊接过程中等离子体的热力学行为进行了研究。分析了稳定的激光焊接过程初始阶段和焊接过程中及焊接过程不稳定时的等离子体热力学行为。实验结果表明,激光深熔焊接在初始阶段,等离子体的电子温度和离子温度偏离较大,并逐渐趋于平衡,温度梯度也逐渐变小;在稳定的焊接过程中激光功率的增加对等离子体的温度影响较小,等离子体尺寸变化对焊缝截面有重要的影响;等离子体温度急剧增加时,小孔内气压的剧增会引起等离子体上下起伏,使焊接过程中断或产生气体,而等离子体尺寸大小的波动则会影响焊缝成形。     

真空激光焊接焊缝成形及等离子体特征

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰,扩宽大功率激光焊接的应用范围,对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明,真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形,增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min时,真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现,在焊接速度较小时,环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下,较大的负离焦可以显著增加熔深,改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明,随着环境气压降低,等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加,焊缝成形改变的一个原因。     

激光深熔焊接光致等离子体行为及控制技术

激光深熔焊接过程中，小孔上方的等离子体会影响激光和工件之间的耦合效率。本文在叙述激光深熔焊接光致等离子体形成机理的基础上，分析了致密的光致等离子体对入射激光的屏蔽行为和对焊接的影响。并系统介绍了国内外光致等离子体的控制技术。     

CO2激光焊接等离子体高速摄影照片图像处理

本文讨论了采用计算机处理激光焊接等离子体的高速摄影照片。等离子体面积计算采用象素,并以象素的个数来表示,给出了等离子面积分布的直方图;给出了基于灰度的等温线;分析了将激光焊接等离子体分为具有10个不同折射率的区域时对入射激光传输的影响,结果表明:等离子体使入射激光发散,呈现出负透镜效应,严重情况下甚至使焊接不能进行。     

不锈钢CO2激光焊接等离子体行为特性实验研究

采用3.5kW Slab CO₂激光焊接不锈钢,利用高速摄像观测焊接等离子体形态,采用光谱仪探测等离子体光谱,并利用相对强度法计算等离子体电子温度。结果表明:在氦气保护下,等离子体高度随时间周期性振荡,振荡频率约为530Hz;熔池表面附近等离子体的温度为8392K左右。进一步分析表明,等离子体对入射激光的吸收不足10%;等离子体周期性振荡对焊接过程稳定性影响不明显。     

激光焊接中的等离子体振荡

在激光焊时发现存在等离子体光辐射振荡，频率约为1kHz。说明在激光焊接过程中等离子体有产生一熄灭的过程。研究结果为设计激光焊接质量监测装置提供了有益的数据。     

激光深熔焊接小孔孔内等离子体的实验研究

激光深熔焊接时伴随着高电量等离子体的产生。位于小孔上方的等离子体叫做等离子体云 ,而存在于小孔内部的等离子体则称为孔内等离子。本文设计了能直接观测小孔孔内等离子体光发射的实验 ,即用高功率激光焊接夹持铝膜的两片GG17玻璃 ,完全避免了孔外等离子体云对小孔内部孔内等离子体观测的影响。结果表明 ,小孔孔内的孔内等离子体对激光与工件材料的能量耦合有着重要的影响 ,具体表现为焊接深度和焊接宽度的变化 ;当减少两片GG17玻璃所夹持铝膜的厚度 ,即模拟降低小孔孔内等离子体的浓度时 ,可以得到更深的焊接深度 ,此时小孔孔内等离子体的温度相对较低。这就为定量研究小孔孔内等离子体提供了一种新的方法和手段。     

镀锌板激光焊接工艺及锌行为研究

进行了镀锌板激光焊接工艺研究,讨论了激光焊接过程中锌的气化蒸发对等离子体形成的影响.结果表明,光束模式与等离子体控制是影响焊接质量的重要因素.使用合适的焊接工艺,可获得成型良好、无缺陷且性能与母材相当的接头.     

Transient plasma shielding effects during pulsed laser ablation of materials

The absorption of laser energy by the plasma during pulsed laser deposition of thin films has been analyzed theoretically. The amount of laser energy absorbed in the plasma termed as the “plasma shielding factor” is a function of the incident laser wavelength, and time dependent plasma dimensions and electron density. Due to time varying parameters, a quantitative analysis of the plasma absorption is difficult. A model which takes into account the absorption of laser energy by the plasma has been developed. In this model, the time-dependent plasma dimension is replaced by the time dependent ablation depth. Using simulated absorption coefficient values, the ablation characteristics of silicon and high T_c superconductors are computed and compared with experimental results. The plasma shielding factor was found to vary approximately linearly with absorbed laser energy. The calculations also showed that the plasma shielding was strongly dependent on the laser fluence but varies very weakly with the simulated plasma absorption coefficient values. Experimental results on plume shielding showed good agreement with the calculations.     

不同放电线路中CuBr激光放电管等离子体动态阻抗特性比较

基于研制实用化CuBr激光器的目的,利用数值模拟的方法,结合实验数据,讨论了CuBr激光动力学中放电管等离子体参数变化与等离子体阻抗变化的内在联系,给出了CuBr激光管在不同放电电路各参数的表达式,与CuBr激光器动力学模型相结合,得到放电管等离子体阻抗动态演变的结果.得出放电管导通特性在不同放电线路组合中相同的结果,与实验结果完全一致.     

激光等离子体烧蚀推力的机理研究

随着航天空航空天技术的发展,激光等离子体推进受到了人们的普遍关注.基于激光与物质相互作用产生等离子体的空间分布,本文从微观、宏观和简化模型推导了碳靶的烧蚀压与激光强度的幂函数关系,幂指数分别是0.60493、2/3和2/3.实验测得碳靶的最大偏移量与激光能量的幂函数关系,幂指数为0.61936.实验与微观模型的幂指数相...     

纳秒紫外激光空气电离及等离子体导电实验研究

为了验证纳秒紫外激光大气等离子体通道技术的可行性,采用实验方法研究了248nm远紫外激光与实验室空气的相互作用,测试了相应的电离击穿阈值;尝试建立了连续的激光等离子体电离通道,并进行了激光等离子体通道直流电传输实验,得到的数据显示,在180m J单脉冲能量作用下,连续闪光柱长度8mm,可导电区长度约20mm。结果表明,纳秒紫外激光建立连续激光等离子体导电通道是可行的。     

激光功率密度对Ge烧蚀蒸气动力学特性的影响

建立了一维半导体Ge激光烧蚀模型,对不同功率密度的紫外激光烧蚀半导体Ge的过程进行了模拟,并对计算结果进行了分析,得到激光功率密度对烧蚀过程以及蒸气膨胀动力学特性的影响。结果表明,激光功率密度的变化对烧蚀过程影响非常大。照射的激光功率密度越大,靶的表面温度越高,蒸发深度、烧蚀蒸气温度和膨胀的速度、相应蒸气膨胀的空间尺度也越大,且等离子体屏蔽现象出现得越早。在给定的烧蚀条件下,等离子体屏蔽的阈值在1×108~1.5×108W/cm2之间。     

溴化亚铜激光器在Blumlein线路中等离子体动态阻抗特性研究

给出了Blumlein放电线路中CuBr激光管放电电路各参数表达式,与CuBr激光器动力学模型相结合,讨论了放电管等离子体阻抗动态变化过程。     

CO2激光诱导大气放电特性的研究

为了研究脉冲CO₂激光诱导空气放电的特性,建立了高压电容充放电实验平台,采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极,取得了放电电压和电流的实时数据,采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗,并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小,约1Ω~2Ω,拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小;放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化,放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低,而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。     

激光加工过程中激光诱导等离子体的光学研究

利用Q-开关Nd：YAG激光器产生的1．06μm、140ns的脉冲激光聚焦在空气中的石英靶上,采集激光诱导的石英等离子体发射光谱,在室温大气压下利用高速摄影机对激光加工过程中伴随产生的等离子体的动态过程进行监测研究;在局部热力学平衡条件（LET）近似下,估算了等离子体电子平均温度随时间的变化规律;提出室温下等离子体加工石英微通道过程中等离子体性质发生变化的特征时间为1000μs和400μs;影响等离子体加工质量的关键因素可能包括通道内部气压值。     

船用钢板大功率CO2激光深熔焊等离子体研究

焊接过程中产生的等离子体是激光深熔焊的固有现象，它通过对激光能量的吸收、折射、反射等降低到达小孔的激光能量密度，影响激光与工件相互作用。使用微距高速摄影系统，研究了大功率CO2激光焊接不同功率和不同侧吹气体流量下等离子体的形态和尺寸的变化规律。在相同条件下，激光功率越大，等离子体的尺寸越大，而且越不稳定，容易出现激光维持的燃烧(LSC)波，严重影响焊接过程的稳定性。而通过增加侧吹气体的流量，可以有效抑制LSC波的产生，并且减小等离子体的尺寸，增加焊缝熔深。     

强激光加载真空中铝靶冲量耦合的数值模拟

为了获得强激光加载真空中铝靶的冲量耦合系数,利用激光体烧蚀模型,采用流体力学理论和1维Lagrange有限差分的计算方法,对真空条件下不同激光参量时气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟,模拟计算结果与实验测量结果、Phipps定标关系符合得较好。结果表明,在等离子体条件下,冲量耦合系数随着激光功率密度的增大而减小。