等离子体在大功率激光深熔焊中的作用及其影响因素的分析

大功率激光深熔焊以其优良的特性在制造行业中占有一席之地.本文利用微距高速摄影手段,对国产船用高强钢板激光深熔焊中的等离子体的作用进行实验研究,分析了保护气体流量、焊接速度、线能量对于等离子体面积和高度的影响,并综合分析了等离子体、线能量和焊接速度对焊缝熔深和熔宽的影响,总结了一些等离子体在焊接过程中的作用规律.     

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。     

激光深熔焊等离子体的高速摄像实验研究

采用高速摄像方法,观测了低碳钢激光深熔焊过程中的等离子体形态;就激光焦点位置对等离子体的影响进行了实验研究.得到不同焊接模式下的等离子体的形态,从而验证了等离子体光信号随焦点位置改变而呈U型曲线变化的规律.     

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。     

非穿透激光焊等离子体光信号与熔深的关系

在一定工艺条件下,焊缝熔合面积随线能量的增加线性增长,而在激光功率与焊接速度二者之中,激光功率对熔深有更为显著的影响,焊接速度则对熔宽影响较大.400nm~600nm波段的等离子体光信号可以较好地反映非穿透激光深熔焊熔深的变化,其均方根值与熔深成严格的二次曲线关系,另外还分析了等离子体光信号与焊缝熔深之间内在联系.研究结果为非穿透激光深熔焊熔深的实时监测或预测提供了理论与实验依据.     

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。     

大功率激光作用下小孔形成数值模拟

激光深熔焊以小孔效应为特征,小孔使得激光束流与被焊接材料之间的耦合效率大大提高。小孔内的逆轫致吸收使得激光能量逐步衰减。另一方面,小孔内等离子体向熔池传热,起到焊接内热源的作用。因此,利用建立组合体热源模型,选择旋转高斯热源和双椭球形体热源模拟激光能量的分布,结合SIMPLE算法,求解不可压缩流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,得到了大Péclet数下的小孔形态。模拟结果显示,控制容积法中的体热源传热方式不同于有限元法的表面热流密度分布方式。最后,将模拟结果和钛合金激光焊接的焊缝形状和尺寸进行了对比,说明所选择的体热源模型在激光深熔焊模拟中具有较好的适应性。     

辅助气体流量对光致等离子体控制的影响

本文旨在实验研究高功率CO2激光深熔焊过程中辅助气体流量对等离子体控制的影响规律。结果表明，熔深随气体操作流量变化会呈现三个区间：P区间、S区间、I区间。同时气体流量对等离子体的控制有一个最佳值区间。在这个区间内，等离子体得到了较好的控制。     

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。     

激光焊接等离子体声信号的付里叶分析

利用快速傅里叶分析手段对激光焊接热导焊、溶熔焊的稳定焊接过程以及溶熔焊时未熔透、溶透、过熔透的等离子体声信号进行频域分析,发现热导焊时由于没有等离子体存在,相应声信号频谱主要集中在低频范围,溶熔焊时等离子体产生后的声信号频谱主要集中在6kHz附近的高频范围,并且随着深熔焊接溶的逐渐加大,熔透情况由未熔透,熔透向过 熔透转变时,相应的频谱表现为6kHz附近谱线峰值经历了一个逐渐增大然后减小的过程,并且在刚好熔透时6kHz附近谱线峰值最大。     

Compton散射下强激光等离子体的辐射阻尼效应

为了研究Compton散射对强激光等离子体中辐射阻尼效应的影响,采用多光子非线性Compton散射模型、相对论理论和洛伦兹变换方法,对Compton散射对不同极化激光在等离子体中产生辐射阻尼效应的影响进行了理论分析和数值计算。提出了将Compton散射光作为等离子体产生辐射阻尼效应的新机制,给出了辐射阻尼满足的修正方程。结果表明,Compton散射使等离子体辐射阻尼效应对电子运动产生重要作用的几率增大,这主要是由于产生这种作用所需的入射激光强度降低,从而使电子频率增大、电场耦合频率增大的缘故。多光子非线性Compton散射光是产生和提高等离子体辐射阻尼效应的一个重要机制。     

激光等离子体热核与激波相互作用的流动特性研究

激光等离子体热核与正激波相互作用是复杂激光减阻科学问题中最基本的物理现象。建立了基于激波管和激光能量沉积的实验平台，利用高精度纹影系统捕捉了激光等离子体热核在正激波冲击下的流动结构特性。实验结果表明:激光等离子体热核界面变形，弯曲并最终形成双涡环结构，展向尺寸迅速增大然后降低并逐渐稳定在7.7 mm左右，流向尺寸先降低然后在激波离开热核之后以114.3 m/s的速度线性增长，从微观层面进一步揭示了激光减阻机理，对等离子体主动流动控制的相关研究具有很好的借鉴参考价值。     

激光等离子体和气体放电EUV光刻光源

对激光等离子体和气体放电两种EUV光刻光源的发展状况进行了详细介绍,分析了各种激光条件和放电方式的特点及所面临的主要问题,对各种方案的特点、技术参数进行了对比。气体放电装置较高能激光装置结构简单、价格低,故气体放电EUV光源日益受到重视。     

高功率激光焊接光致等离子体的检测

系统地归纳了高功率激光焊接过程中光致等离子体的声、光、电、热等四种特征信号,综述了国外在等离子体信号检测方面的试验方法及研究进展,分析了未来的发展趋势。     

高功率激光焊接光致等离子体的检测

系统地归纳了高功率激光焊接过程中光致等离子体的声、光、电、热等四种特征信号，综述了国外在等离子体信号检测方面的试验方法及研究进展，分析了未来的发展趋势     

双脉冲激光诱导铝等离子体的双波长干涉诊断

双脉冲激光诱导等离子体在激光加工、元素检测、材料去除等领域有广阔的应用前景和发展空间,对其进行诊断具有重要意义。针对延迟双脉冲激光诱导铝等离子体的作用效果和影响机理,采用双波长干涉法对其时间演化规律展开研究。基于马赫-曾德尔干涉仪搭建了双波长干涉诊断系统,得到了双脉冲激光诱导等离子体干涉图。通过对干涉图的处理和分析,得到了等离子体电子密度随双脉冲激光延迟时间的变化规律。结果表明,随着双脉冲激光延迟时间的增加,第二束脉冲激光对等离子体电子密度的增强效果先加强后减弱。其中,双脉冲激光延迟时间为10 ns时,对等离子体电子密度的增强效果最强,在30 ns时刻,其中心区域平均电子密度可达6.49×1019 cm?3,相较于同等能量单脉冲激光诱导等离子体提升了26%。同时研究了延迟时间对第二束脉冲激光作用机制的影响。研究结果为双脉冲激光诱导等离子体的优化方向提供了参考。     

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。     

保护气体种类对镀锌板激光焊接性的影响

本文通过采用He、Ar、N2、以及Ar和N2的混合气体作为保护气体。研究了不同保护气对CO2激光镀锌板焊接性的影响。研究发现激光深熔焊接时的临界屏蔽功率密度在很大程度上受保护气体类型的影响。焊缝的熔深、强度和成形性主要取决于保护气体的类型。     

天基平台激光清除厘米级空间碎片关键问题探讨

利用激光方式清除低轨大量的厘米级空间碎片已经成为国际上的研究热点。激光清除空间碎片是巧妙地利用了碎片在激光辐照下的冲量耦合特性和冲量作用下的减速降轨特性。围绕着冲量耦合和减速降轨特性,讨论了激光辐照下空间碎片等离子体羽流喷射、激光辐照空间碎片冲量耦合效应测试、天基平台激光辐照下空间碎片轨道预测以及用于碎片清除的天基平台激光器参数设计四个关键问题,分析了涉及的技术难点,可采用的研究方法,以及能够实现的技术水平。通过对关键技术问题的探讨,为进一步开展天基激光清除碎片技术工程化奠定基础。