激光焊接典型航空材料金屬蒸汽-等離子體特征.pdf

1、激光焊接技術由于其能量密度高、熱影響區(qū)小、焊接變形小、焊接速度高等突出的優(yōu)點，在航空航天、船舶工業(yè)、汽車制造、壓力容器制造、民用及醫(yī)用等多個領域都有重要的應用。激光深熔焊接時，金屬材料對激光的吸收可以高達80％以上，焊接效率也急劇增大，因此深熔焊接是比較理想的焊接狀態(tài)。激光深熔焊接最顯著的特征就是小孔和等離子體的產(chǎn)生。等離子體是激光焊縫缺陷如未穿透、氣孔、成分變化等一個潛在的根源。但是，它的存在也提供了一種有用的對焊接條件監(jiān)測的方法，它

2、能被光和光譜傳感器進行采樣分析。分析從等離子體輻射中獲得的光譜分量可以得到等離子體的重要物理特征。 本文以三種典型航空材料：鋁鋰合金5A90、鈦合金TA15和不銹鋼SUS304為研究載體，分別對其YAG激光焊接、CO2激光焊接以及YAG-MIG激光電弧復合焊過程中所產(chǎn)生金屬蒸汽/等離子體進行研究。利用光譜儀對焊接過程進行光譜監(jiān)測，獲得了這些典型航空材料在不同激光焊接過程中金屬蒸汽/等離子體的光譜分布特征，在此基礎上，利用光譜相對

3、強度法計算獲得了各種工藝條件下金屬蒸汽/等離子體的溫度及電子密度，并對工藝參數(shù)、激光波長等對它的影響進行了深入的探討。 針對鋁鋰合金5A90主要對比研究了YAG激光焊接、MIG電弧焊接以及YAG-MIG激光電弧復合焊接三種焊接方法時金屬蒸汽/等離子體的光譜分布特征，以及溫度和電子密度的變化特點。研究結果表明，鋁鋰合金5A90在單激光焊接、單電弧焊接以及復合焊接熱源下光譜分布特征均有較大不同。復合焊接中等離子體的平均溫度在6554

4、K左右，與MIG電弧焊接比較接近，而比YAG激光焊接中高出1200K左右；平均的電子密度在2.7×1012cm-3左右，也與MIG電弧焊比較接近，而YAG激光焊時的電子密度在3.9×1014cm-3左右。 針對TA15鈦合金，主要研究了波長為1.06微米的YAG激光焊接和波長為10.6微米的CO2激光焊接時，金屬蒸汽/等離子體的特征對比。研究表明，YAG激光與CO2激光焊接TA15鈦合金光譜分布特征不盡相同。同等工藝參數(shù)水平下，

5、CO2激光焊接等離子體溫度比YAG激光焊高出1000K左右，電子密度比YAG激光焊高出兩個數(shù)量級。 針對SUS304不銹鋼，得到一組工藝參數(shù)下YAG激光焊接中金屬蒸汽/等離子體的平均溫度為7436K，平均電子密度為1.36X1016(cm-3)：同樣激光熱輸入下CO2激光焊接中金屬蒸汽/等離子體的平均溫度為7870K，電子密度為2.94X1016(cm-3)。 以上研究結果表明，金屬蒸汽/等離子體的溫度和電子密度除了與被