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.     

钨极氦气保护电弧焊电弧行为的研究

钨极氦气保护电弧焊的热功率大、生产率高,是一种很有前途的焊接工艺。氦气保护的特点、氦弧的弧态、氦弧的电特性和热特性是氦弧焊中的重要课题。本文用激光技术显示了氦气流,拍摄了氦弧、氩弧及氦氩混合气体保护焊电弧的弧态,测定了这些电弧的静特性和热功率分布,并进行了熔深试验。试验证明,与氩弧焊相比,氦弧阳极区热功率将近增加一倍,而工件熔深的增大却更为显著。但是,一般的氦氩混合气体保护焊时,阳极区的热功率和工件的熔深均与氩弧焊相差无几。因而,本文研究了内喷嘴通氦气、外喷嘴通氩气的双气分流式钨极气体保护电弧焊。这样在较小的氦气流量下,其熔深却接近于纯氦弧焊。     

电弧气氛对CO2激光与TIG电弧相互作用的影响

采用激光功率计、光束光斑质量诊断仪及高速摄像仪,对比研究了氩和氦气氛下CO2激光与直流TIG电弧垂直相互作用时的光束特性和电弧特性.结果表明,氩气氛时,激光功率显著衰减,光束散焦,功率密度分布严重劣化;与此同时,电弧电压降低,体积膨胀,甚至产生激光支持的燃烧波;而氦气氛时,激光电弧相互作用时光束特性及电弧特性变化很小.不同气氛时激光电弧相互作用的差异源于气体的电离能不同,电弧等离子体的电子数密度存在很大差异:氦弧的电子数密度较氩弧低一个数量级,因而氦弧对CO2激光的逆韧致吸收系数比氩弧低两个数量级.同时,氦弧的折射率与大气相比较差异很小,因而对激光束的折射效应弱.     

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.     

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.     

AZ31镁合金板钨极氦-氩保护焊焊接工艺研究

探讨氦-氩混合气体保护下TIG焊接AZ31镁合金板的可焊性,对其焊接工艺参数进行确定。试验结果表明,与采用纯氩、纯氦气保护焊接相比,采用氦-氩气混合气体TIG焊接镁合金板材具有电弧稳定,阴极清理作用明显,氧化膜易于破碎,保护效果良好等优点。在合理的工艺参数下,可获得表面光滑、无堆高和无变形等缺陷的焊缝。     

大电流钨极氩-氦混合气体电弧行为分析

采用水冷紫铜阳极和水冷TIG焊枪，在60—400A的直流电流范围内，对钨极氩—氦混合气体电弧的行为进行了测定和分析，主要测定和讨论了氩、氦及其不同配比的混合气体电弧的静特性、电弧形态、阴极热功率、阳极热功率等内容。结果表明，随着氦气体积流量分数的增大，特别是当其大于80％以上时，电弧电压明显增大，阳极热功率所占比例明显增大，而阴极热功率所占比例却明显减少。试验中使用TIG焊接方法，通过增大氦气体积流量分数和焊接电流，可完全实现常温下中、厚紫铜试件的熔化，获得足够的熔深和良好的熔深形状，进而可实现不预热焊接。     

双气分流式TIG型氩氛氦弧焊

是否可以用含有较少氦气的混合气体,以得到较大的熔深呢?为此,我们对氦氩混合气体TIG焊的热功率分布及熔深进行了试验。在热功率分布试验中,氦氩混合气体保护下的电弧是在水冷铈钨极和水冷铜块间点燃,在热平衡以后,根据冷却水带走的热量来计算阴极区和阳极区的热功率。熔深试验是在厚度为3毫米的不锈钢板上进行自动焊接。热功率分布试验     

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。     

耦合状态下激光对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

采用高速摄影设备研究了CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡的特点,试验结果显示在高速焊接时采用MIG焊的熔滴过渡特性比较复杂,是一种不稳定的混合过渡形式,当加入激光后由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和两个等离子体的耦合作用,熔滴过渡频率增加,熔滴过渡形式转变为一种单一稳定的射流过渡形式,电流电压恒定,焊缝成形良好,飞溅大大减少,熔宽熔深显著增加.因此采用激光-MIG复合焊接是一种高效率的新焊接工艺,具有广泛的应用前景.