侧吹辅助气流对激光深熔焊接光致等离子体的影响

为研究侧吹辅助气流对激光焊接光致等离子体的影响及其机理,利用CCD高速摄影研究了不同侧吹条件下激光深熔焊接过程中光致等离子体形态的变化,建立了模拟激光深熔焊接过程气体流场的二维可压缩模型,计算了侧吹喷嘴高度和侧吹流速的变化对激光焊接光致等离子体的影响.结果表明,侧吹喷嘴高度和侧吹流速的变化对光致等离子体行为和焊缝形貌有显著的影响;侧吹气体的冷却作用及其对向上喷射的炽热等离子体云团的"压制"作用是侧吹气体能够有效抑制光致等离子体的重要原因.     

工艺参数对铝合金CO2激光焊接光致等离子体温度的影响

利用Spectra Pro2500i瞬态光谱仪对6061铝合金CO2激光焊接光致等离子体的发光谱进行了测量,分析得到的200～600 nm范围内的MgI特征谱线,利用玻尔兹曼图法计算得到光致等离子体的平均温度.分别研究了激光功率、焊接速度、焦点位置、辅助气体等工艺参数对光致等离子体平均温度的影响,并对其原因进行了分析.在试验条件下,当激光功率超过材料深熔焊接阈值功率后,激光功率对光致等离子体温度的影响不大,约为6 000 K;焊接速度对光致等离子体温度的影响表现为"倒U形"曲线规律;对于一定内径的辅助气体喷嘴,等离子体温度随辅助气体流量呈现先增加后减小的趋势;在氦气中加入氩气会导致光致等离子体温度升高500～1 000 K左右.     

大功率盘形激光焊接过程等离子体图像特征分析

研究一种基于等离子体图像特征的大功率盘形激光深熔焊质量分析及检测的新方法．以大功率盘形激光焊接Type 304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过图像处理技术提取等离子体的面积和高度特征．以熔宽作为衡量焊接过程稳定性的因素,对比焊接过程中等离子体图像和焊接试件的熔宽变化,研究相邻等离子体...     

基于组合热源的激光深熔焊熔池三维瞬态模拟

依据实际激光深熔焊接过程,考虑高温光致等离子体对工件表面的加热而采用高斯面状热源,考虑深熔焊中特有的小孔吸收而采用圆柱状体热源,建立了高斯面热源和圆柱体热源的组合焊接热源模型。考虑表面张力、蒸气反冲压力及热浮力等,建立了激光深熔焊熔池的三维模型,获得焊接过程中瞬态温度场和流场分布以及熔池最高温度和熔深的瞬态变化。焊缝横截面的模拟值和实验值吻合良好,从而证明了该数学模型的合理性。     

大功率盘形激光焊光致等离子体特征提取

激光致等离子体是激光焊接过程中的一个重要现象,与焊接的稳定性、焊接质量以及能量利用率等都有着密切的关系。本文研究一种利用计算机图像处理技术提取等离子体图像特征的新方法。以大功率盘形激光焊接Type304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过计算机图像处理技术提取等离子体图像的面积、高度和摆角特征参量。试验结果表明,所提出的方法能够准确有效的提取大功率盘形激光焊接光致等离子体的特征信息。     

高功率CO2激光焊中He-Ar侧吹气体组分研究

在高功率CO2激光深熔焊中,光致等离子体的抑制是保证熔深、稳定焊接过程的关键技术之一.常用的抑制方法是侧吹氦气,而采用氦氩混合气体可降低生产成本,特别是当氦气含量高于50%时.本文采用氦氩比为4:6的混合气体.对12mm厚船用E级钢板进行高功率CO2激光焊接,通过工艺参数优化实现了稳定的焊接过程,全熔透焊缝的质量达到船级社标准.采用流体力学方法建立了高功率CO2激光焊光致等离子体的物理数学模型,分析了氦氩混合气体侧吹时的等离子体特性及对激光能量的影响.     

基于计算机图像的304不锈钢激光焊接过程中的稳定性分析

采用激光焊接技术对304不锈钢板进行焊接,利用计算机对焊接过程中产生的等离子体图像进行处理,提取面积、高度等特征参数,并根据不锈钢试件的熔宽变化分析激光焊接过程的稳定性,寻找等离子体特征参数与焊接稳定性的关系。结果表明:根据等离子体图像的面积及高度变化和超过阈值区域的比例,可以准确判断激光焊接过程的稳定性。     

高强铝合金激光粉末焊接过程

采用CO2激光(slab)系统进行了高强铝合金的激光填粉焊接,分析了激光与粉末相互作用的5个阶段过程;研究了填充合金粉对CO2激光焊接功率阈值、焊缝成形和焊接过程稳定性的影响.试验表明,合金粉末可以提高焊接过程中激光能量的有效利用率;激光深熔焊接时的临界功率密度明显降低,粉末束流只有作用在光致等离子体的恰当区域才能有效地进入熔池;在一定送粉量下,匹配适当的功率密度和热输入,才能保证得到理想的焊缝.高速摄像图片显示了激光支持的燃烧波及焊接中的过程孔洞,并且合金粉末还可以减弱等离子体的膨胀跳动,有利于获得较为稳定的焊接过程和理想的焊缝成形.     

激光深熔焊接光致等离子体的控制

激光深熔焊接过程中，光致等离子体对激光能量有显著的屏蔽作用，严重影响了焊接质量，因此，对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、分类的基础上，系统归纳了国内外几种控制等离子体的方法，并对这几种方法进行了比较。其中，详细介绍了真空焊接法。     

CO2激光焊接不锈钢光致等离子体动态特性分析

光致等离子体是CO2激光焊接中一个重要的物理现象，它与焊接的稳定性、焊接质量及能量利用率等都有密切的关系。利用高速摄像及光信号监测两种手段对等离子体的动态变化过程及其对焊接稳定性的影响进行了深入的研究。提出了等离子体的变化每个周期内分为四个阶段，而影响焊接稳定性的根本原因是等离子体在穿透与未穿透之间的波动。     

利用光致等离子体声信号监测激光焊缝的熔透性

介绍了CO2 激光深熔焊接时 ,利用光致等离子体声信号来监测焊缝熔透性的一种方法。文中通过试验研究 ,获得了焊缝熔透性变化时 ,光致等离子体声信号的变化规律 ,从而建立了一种可正面监测焊缝熔透性的方法     

激光焊活性影响等离子体的初步研究

激光深熔焊中侧吹保护气体方法用于降低等离子体中的电子密度抑制等离子体，TIG中活性焊剂也有吸收电子的作用。在此就活性剂对激光焊接等离子体的影响进行了初步研究。试验时，在同一焊接规范下，对涂覆和不涂覆活性剂的两种不锈钢试件分别进行焊接，同时，利用三维同步摄影方法对焊接过程中等离子体的变化进行了记录。经过分析发现，激光焊接中的等离子体得到了有效抑制，变化也趋于平缓；并且焊缝熔深增大，熔宽变窄。     

厚钢板的激光焊接技术

系统地介绍了厚钢板的激光焊接技术特点及国内外动态，着重分析了焊接过程中光致等离子体的危害、控制及主要焊接工艺多数。     

激光与电弧相互作用时的电弧形态及焊缝特征

激光与电弧的复合热源在焊接过程中，由于激光的压缩与引导作用，可以在焊接速度增加时，电弧仍然较稳定。在去掉激光同轴保护气流而只采用TIG的保护气体进行保护时，由于激光同轴气体的冲击、压缩和冷却作用的消失，等离子气体将会随着电流、激光功率的增加而增大，因而引起焊缝横截面的变化。通过调整激光与电弧的规范参数，并用CCD摄取各参数下的电弧图像以分析等离子体的长大情况，然后将得到的焊缝沿横截面剖开。通过对各种参数下等离子体图像和焊缝横截面之间的相互的关系进行分析，得到与常规情况下相比熔宽较宽而熔深较浅的焊缝的焊接参数。这种产生涂敷型焊缝的参数可用于高速表层涂覆。     

国产厚板大功率激光填丝焊Y形焊缝的焊接工艺性

大功率激光的高功率密度特征使其成为船用大厚度材料高效焊接最有前景的方法之一.试验完成了10mm和12mm国产船用材料高功率CO2激光填丝焊的工艺设计,分析了焊接过程的光致等离子体行为.结果表明,当功率在13kW以上时随着焊缝熔深的增加斜率明显变缓;对于焊透的焊缝,仅仅用熔宽和熔深不能充分表征焊接参数对焊缝截面的影响;试验建立了激光填丝焊Y形焊缝形态模型,将Y形焊缝抽象成上半部分为梯形,下半部分为长方形的组合图形;在激光功率和焊接速度保持不变的条件下,研究了送丝速度和焊缝间隙变化时焊缝截面形态的变化规律.     

钛合金活性剂激光焊接的初步研究

将活性焊接法引入钛合金激光焊接中,采用氧化物(SiO2、Cr2O3、TiO2、B2O3)和氟化物(NaF、CaF2)作为表面活性剂进行钛合金活性剂激光焊接.研究结果表明,活性焊接法使得钛合金激光焊接焊缝熔深增加,光致等离子体受到抑制.钛合金活性剂激光焊接区域显微组织和显微硬度较为理想.     

激光对TIG电弧温度分布影响的数值模拟

在激光-TIG复合焊接过程中,根据激光与电弧等离子体相互作用原理及控制方程,利用有限元数值模拟方法研究激光对TIG焊接电弧等离子体温度分布的影响.在电弧稳定状态下,分别计算了不同焊接电流和激光强度的电弧等离子体温度分布情况,并由此分析激光对电弧等离子体温度分布的影响.结果表明:随着焊接电流的下降,激光对电弧温度的影响作用越来越明显,并且激光光强越大,影响越明显;决定电弧温度分布的主要因素也由焊接电流转变为由激光光强和焊接电流共同作用.本研究为进一步研究焊接质量奠定理论基础.     

非穿透激光深熔焊熔深与等离子体光信号的关系

对于非穿透激光深熔焊而言 ,焊接熔深是最重要的质量参数之一 ,对其进行实时监测具有重要意义。通过采集和分析激光焊接过程中等离子体光信号以探索焊接熔深的实时监测技术。研究结果表明 ,当激光功率不变时降低焊接速度 ,或焊接速度不变时提高激光功率 ,在焊缝熔深加大的同时 ,采集到的等离子体光信号强度亦呈明显上升趋势 ;在工艺参数不变的同一焊缝内 ,对应焊缝光信号的频谱图中存在明显主频 ,且随着焊接线能量的提高 ,主频率下降 ;同一焊缝内由于某些不稳定因素导致局部焊缝熔深变化超过 8%时 ,等离子光强明显下降 ,而对应该段信号的幅值谱不存在明显主频率。     

胶接及非金属材料的焊接

镁合金激光胶接焊胶层作用分析 通过镁合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示同种金属激光胶接焊时胶层作用,并为异种金属激光胶接焊研究提供理论依据。与激光焊接进行比较,对焊接过程进行焊接光谱采集并分析,发现激光胶接焊光致等离子体电子密度增加,碰撞加剧,逸出焊缝的镁粒子数量增加,胶层的存在增加了试件对激光的吸收率;焊缝成形试验发现胶层的存在可以起到增加焊接熔深的作用。剪切试验结果表明：胶层对焊接接头性能不会产生负面影响。图6表2参6     

匙孔内光纤激光致喷发蒸汽对焊接过程的影响

光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响.文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律.结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小.该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化.进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.