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.     

激光焊接过程中电磁场控制等离子体的研究

高功率CO2激光焊接过程中,小孔上方的等离子体会影响激光和工件之间的耦合效率.从分析外加电磁场对等离子体的作用出发,探讨了采用外加电磁场控制激光等离子体的可能性.实验结果表明,选择合适的外加电磁场参数,可以降低等离子体对激光的屏蔽效果,增大熔深.     

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.     

激光深熔焊光致等离子体行为与控制

激光深熔焊中光致等离子体的行为影响焊接质量和焊接效率,本文论述了等离子体在激光溶熔焊中的形成机制与存在形式。讨论了不同功率密度时,等离子体对能量耦合的影响,分析了其对激光束的作用,特别是对光束的折射。归纳了工程中等离子体控制的几种方法和辅助气体控制等离子体的理论研究现状。     

激光焊接过程中电磁场控制等离子体的研究

高功率CO₂激光焊接过程中,小孔上方的等离子体会影响激光和工件之间的耦合效率。从分析外加电磁场对等离子体的作用出发,探讨了采用外加电磁场控制激光等离子体的可能性。实验结果表明,选择合适的外加电磁场参数,可以降低等离子体对激光的屏蔽效果,增大熔深。     

激光深熔焊熔池及小孔的检测

激光深熔焊熔池-小孔包含丰富的反映熔深的信息.本文建立了基于视觉的熔池-小孔同轴检测系统,拍摄了不同焊接速度下熔池-小孔的清晰的图像,分析了熔池宽度、小孔直径随焊接速度的变化规律研究发现,小孔直径随焊接速度的增大先增加后减小,熔池宽度随焊接速度的增大而减小.     

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.     

激光焊接时等离子体电流的产生机制及其数学模型

通过对激光焊接时等离子体产生机理的分析 ,从等离子体物理理论的角度出发 ,建立了适应于激光焊接等离子体电特性的数学模型。该模型能够较好地解释等离子体电信号随喷嘴 工件距离的增加而单调减小的规律     

热源顺序对HG785D高强钢激光-电弧复合焊耦合机理与接头性能的影响

采用激光-电弧复合焊的方法焊接了HG785D高强钢,研究了不同热源顺序下激光功率和送丝速度对焊接过程的影响。观察了复合焊过程中等离子体的动态变化,并获取了不同热源顺序下等离子体的电子温度和电子密度,揭示了焊接过程热源耦合机理。结果表明,随着激光功率的增大,焊缝熔深先减小后增大;随着送丝速度的增大,焊缝熔深逐渐减小。相较于电弧先导,激光先导等离子体的体积较大且电子温度较高,焊缝熔深较大,同时接头的抗拉强度较大,但塑性较弱,且接头各区域的显微硬度较大。     

铜靶上激光等离子体诱发电势信号的实验研究

纳秒脉冲激光等离子体在周围空间激发电场,以金属靶作为探针即可测定靶上感应电随时间的变化,提出了"元靶探针"探测等离子体电学信号的测试方法.测试数据表明,在无偏置电压条件下,靶电势曲线呈双峰结构,电势峰值随激光能量单调增大;在外加负高压偏置条件下,靶感应电势曲线整体上(约ms)呈单峰结构,电势峰值随偏置电压增大而增大并出现饱和趋势,同时在信号的初期阶段(约700 ns)出现高频振荡现象,振荡频率不随激光能量及置电压发生变化.     

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。     

激光触发的新型火花隙减小开关的跳动

阿尔布凯克桑迪亚国家实验室的研究者为避免电子和离子加速器中高电压强电流电源电触发开关的严重跳动，正在研究一种激光触发开关的新途径。与传统的激光触发开关不同，桑迪亚的技术是用紫外激光在幵关电极之间产生电离沟道，而前者是利用可见或红外激光束在一个电极处产生点状等离子体。     

外加磁场对不锈钢激光热丝焊的影响

为了研究磁场对激光焊接的影响,采用在工件旁放置永磁铁、提供横向或者纵向常磁场对不锈钢进行激光电流热丝焊接的方法,结合焊缝横截面形状以及焊缝组织等,对不同磁场下激光热丝焊接头进行了分析。结果表明,磁场的加入对焊接过程和接头形状有显著影响,适当的磁感应强度能稳定激光热丝焊接过程,磁感应强度过大则易造成大量飞溅;焊缝接头的形状随磁场的方向、极性以及磁感应强度的变化而改变;横向磁场的加入能提高激光热丝焊接效率;磁场还能减少焊缝柱状树枝晶区域,促进胞状晶的形成,提高焊缝的显微硬度值。外加磁场在焊接熔池中产生了安培力,安培力是搅拌熔池的主要作用力,从而改变液态金属流动,造成激光热丝焊接头形状和组织的改变。     

QP980钢脉冲激光-TIG复合搭接焊接头的成形及力学性能

基于铜基焊丝CuSi3Mn1，采用钨极惰性气体保护焊（TIG）和激光-TIG复合焊方法开展了QP980钢搭接焊接头的成形、组织与力学性能研究。结果表明：搭接焊接头由熔焊区、钎焊区和热影响区组成；TIG焊接头只有上基板发生部分熔化，而激光-TIG复合焊接头的上下基板均发生了部分熔化；随着电弧电流增大，两种接头的接触角均减小，钎焊区长度均增加；脉冲激光的加入可以进一步降低接头的接触角，增加钎焊区长度；接头熔焊区以铜基体为主，内部分布着富铁小岛和富铁颗粒；钎焊区的铜基体中分布着少量富铁颗粒。随着电弧电流增加，TIG和激光-TIG复合焊接头的拉剪载荷均增加；在相同的电弧电流下，激光-TIG复合焊接头的拉剪载荷更高；当激光功率为240 W、电弧电流为140 A时，搭接焊接头的拉剪载荷可达12.4 kN；接头断裂位置均位于焊缝处，断裂路径由钎焊区扩展到熔焊区。本文研究表明，增加钎焊区长度能够强化接头性能，接头中的强化相为富铁小岛和富铁颗粒。     

掺氢溴化亚铜激光器动态阻抗的研究

重点用固定比例的氖氢混合气体研究和比较了掺H前后激光器的光电脉冲波形和等离子体动态阻抗.实验装置采用普通倍压充电通过闸流管放电电路.放电电压用Tektronix P6015A高压探头跨接于激光放电管电极测量(阳极接地),放电电流用Pearson Model 410 脉冲电流转换器套接在激光放电管阳极引线上探测,快响应光电二极管测光脉冲波形.实验分别在纯氖气和掺H 2%、2.5%的氖氢混合气体稳定流动的情况下进行,激光器稳定工作时,测量激光管电压和电流波形,以及激光脉冲波形,同时记录采样数据.实验结果表明,掺入2%的氢使放电激励的电压幅度增加了约34%,而电流脉冲幅度却下降了约23%,激励阶段激光放电管的等离子体阻抗增加了约3倍;光脉冲宽度明显增大. 我们认为H的加入改变了放电的微观过程,使得激光放电管中等离子体阻抗增加.再深入的研究表明 H对电子有很强的可剥离吸附作用,在放电余辉期,H吸附了大量的电子,导致电子密度减少,等离子体电阻增加,使激发态原子和离子能快速地消激励.(PC1)     

低功率YAG激光-MAG电弧复合焊接的研究

本文以低功率YAG激光-MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢为基础,对低功率激光复合焊接中的一些特点进行了初步研究。试验结果表明,焊接速度是复合焊接过程中的一个重要参数,焊接熔深主要由激光的能量决定;低功率复合热源和单MAG焊缝组织都是由奥氏体和枝状的δ-铁素体组成,但在同样的焊接熔深下复合焊接组织晶粒比单MAG焊缝中的晶粒细小;发现复合焊接中由于YAG激光的加入,在激光作用点上方粒子的热运动和电离程度比单MAG焊接强烈;复合焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度大于单MAG焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度。     

基于LabVIEW的激光-MIG复合焊接过程等离子体监测

在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统,该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号,并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理,然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化,接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉,最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理,获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比,可知所设计系统的计算准确度为96.5%。     

高功率光纤激光-TIG复合焊接实验研究

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验;通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态,并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律,并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明,高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%,且基本不受电流大小的影响,焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大;在一定热源间距范围,复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒,从而显著削弱羽辉对激光的影响。     

铝合金不等厚板的CO2激光拼焊及数值模拟

采用CO2激光器,在填加和不填加合金粉末两种条件下,进行了不等厚铝合金(5A02,5A06)薄板的激光拼焊,研究了影响焊接过程稳定性和焊缝成形性能的主要因素,并用有限元方法(FEA)对焊接过程的温度场和应力场进行数值模拟,分析了拼焊板的残余应力分布和变形特点.试验结果表明,镁含量较高的铝合金对激光束的吸收率高,因此达到稳定深熔焊的临界功率密度较低,容易获得稳定的深熔焊过程;填粉能提高铝合金对激光的吸收率,使激光焊接中等离子体更加稳定,使焊接过程更趋稳定,更易得到成形优良的焊缝.模拟结果表明,不等厚铝合金板激光拼焊的温度场不对称,不等厚板的残余应力场和应变场也分布不对称,薄板上残余拉应力范围比厚板大.薄板整体变形大于厚板且比厚板复杂.     

SiCp/6061Al金属基复合材料激光焊接研究

采用高能ＣＯ_２激光束对 ＳｉＣ颗粒增强 ６０６１铝基复合材料 ＳｉＣｐ／６０６１ＡＩＭＭＣ进行激光焊接、研究激光焊接工艺参数及填充材料对焊缝显微组织的影响。结果表明,对 ＳｉＣｐ／６０６１Ａｌ复合材料进行激光焊接,可以获得气孔很少、质量较高的焊接接头,但在激光直接熔化焊接焊缝中形成针状Ａｌ_４Ｃ_３脆性相,脆性相Ａｌ_４Ｃ_３的数量与尺寸随激光束功率密度增加而增大,随焊接速度增大而减少。激光焊接时加入０．３ｍｍ厚的金属钛片作为填充材料,在焊缝中形成ＴｉＣ增强相,从而抑制了脆性相Ａｌ_４Ｃ_３的形成。