高能束及特種激光焊接技術(shù)的發(fā)展分析（4）
德國Stuttgart大學(xué)進行了CO2激光深熔焊時激光焊接等離子體對激光聚焦性影響的研究。提出了焦平面上有效功率密度分布的概念 ，焦平面上功率密度減小是由于等離子體對激光吸收以及折射引起，等離子體折射情況取決于等離子體尺寸、位置和溫度；采用He-Ar混合氣比采用單一氣體可更有效地抑制等離子體的負(fù)面效應(yīng)。
Helmut Schmalenstroth等人用1kW的Nd：YAG進行激光焊接研究時，使用的氣體有Ar 、He 、N2 以及Ar + O2 、Ar + CO2 、Ar + CO2 +O2 ，適當(dāng)?shù)幕旌蠚饪稍黾尤凵詈秃杆伲档统杀荆?nbsp;
在激光焊接過程控制方面，有使用電容傳感系統(tǒng)測量和控制焦點位置報道，其機理是基于傳感器的振蕩頻率由于焦點變化擾動而不是常數(shù)。當(dāng)金屬蒸氣和保護氣的電離密度和程度變化時，噴嘴電極和工件之間介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化。德國的Hillerich博士指出，電離原子和電離分子對介電常數(shù)ε的影響可用Drudench公式表示。
基于相同的原理，電容傳感系統(tǒng)也可用于焊接速度和焊接缺陷的檢測與控制。
在CO2激光焊接焊縫質(zhì)量的磁流體力學(xué)控制方面，德國Stuttgart大學(xué)的М·Kern提出加磁激光焊接（MSLBW―Magnetically Supported Laser beam Welding），見圖5。實驗表明，這種方法可抑制焊道凸起,改善焊道頂部質(zhì)量和焊縫斷面形狀，減少飛濺，使熔池上方的等離子體更趨于穩(wěn)定，增加過程的穩(wěn)定性。這個方法的作用與磁場的方向有關(guān)，前提是有電流存在，研究表明，電流除了由母材和熔化金屬間的熱電壓引起外，同時還由凝固的焊縫和熔化金屬間的熱電壓引起。
在激光焊接熔池動力學(xué)的研究方面，美國田納西大學(xué)的V·Semak等將低功率的氬離子激光聚焦在熔池上，通過窄帶干涉濾色鏡除去等離子體發(fā)射的光，再經(jīng)光電倍增管，用高速攝影記錄熔池的形貌。研究表明，熔池內(nèi)的反沖力遠遠超過表面張力和靜壓力，因而，圍繞小孔邊緣產(chǎn)生了高振幅的熔化金屬凸起。高的反沖力使熔化金屬組成的小孔壁離開激光束，而后，表面張力又將 小孔壁向光束靠近，由于反沖力的脈動性導(dǎo)致了熔池內(nèi)，高振幅、低頻率的體積振蕩，同時也導(dǎo)致了熔池開口形狀的顯著變化，進而影響蒸氣的運動方向，產(chǎn)生高頻的聲信號。研究還表明；激光點焊時，在熔池凝固期間，熔池的振蕩頻率在增加。
在激光焊接的熔化模型研究方面， 美國國家實驗室的J·O Milewski采用計算機以窄V型坡口為模型，分析了激光能量在其中的傳播和吸收，該模型較好地說明了在小孔內(nèi)，光線反射頻率和入射角隨熔深而增加以及能量被吸收的峰值在小孔底部。
在激光焊接模擬方面，由于這是一個高階、非線性、具有自由表面的三維問題，因而要精確計算和模擬有許多邊界條件和參數(shù)都必需確定，但由于模擬對結(jié)果預(yù)測、工程設(shè)計以及物理本質(zhì)揭示顯示出的重要作用，相關(guān)的研究一直未中斷。
Helmut Schmalenstroth等人用1kW的Nd：YAG進行激光焊接研究時，使用的氣體有Ar 、He 、N2 以及Ar + O2 、Ar + CO2 、Ar + CO2 +O2 ，適當(dāng)?shù)幕旌蠚饪稍黾尤凵詈秃杆伲档统杀荆?nbsp;
在激光焊接過程控制方面，有使用電容傳感系統(tǒng)測量和控制焦點位置報道，其機理是基于傳感器的振蕩頻率由于焦點變化擾動而不是常數(shù)。當(dāng)金屬蒸氣和保護氣的電離密度和程度變化時，噴嘴電極和工件之間介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化。德國的Hillerich博士指出，電離原子和電離分子對介電常數(shù)ε的影響可用Drudench公式表示。
基于相同的原理，電容傳感系統(tǒng)也可用于焊接速度和焊接缺陷的檢測與控制。
在CO2激光焊接焊縫質(zhì)量的磁流體力學(xué)控制方面，德國Stuttgart大學(xué)的М·Kern提出加磁激光焊接（MSLBW―Magnetically Supported Laser beam Welding），見圖5。實驗表明，這種方法可抑制焊道凸起,改善焊道頂部質(zhì)量和焊縫斷面形狀，減少飛濺，使熔池上方的等離子體更趨于穩(wěn)定，增加過程的穩(wěn)定性。這個方法的作用與磁場的方向有關(guān)，前提是有電流存在，研究表明，電流除了由母材和熔化金屬間的熱電壓引起外，同時還由凝固的焊縫和熔化金屬間的熱電壓引起。
在激光焊接熔池動力學(xué)的研究方面，美國田納西大學(xué)的V·Semak等將低功率的氬離子激光聚焦在熔池上，通過窄帶干涉濾色鏡除去等離子體發(fā)射的光，再經(jīng)光電倍增管，用高速攝影記錄熔池的形貌。研究表明，熔池內(nèi)的反沖力遠遠超過表面張力和靜壓力，因而，圍繞小孔邊緣產(chǎn)生了高振幅的熔化金屬凸起。高的反沖力使熔化金屬組成的小孔壁離開激光束，而后，表面張力又將 小孔壁向光束靠近，由于反沖力的脈動性導(dǎo)致了熔池內(nèi)，高振幅、低頻率的體積振蕩，同時也導(dǎo)致了熔池開口形狀的顯著變化，進而影響蒸氣的運動方向，產(chǎn)生高頻的聲信號。研究還表明；激光點焊時，在熔池凝固期間，熔池的振蕩頻率在增加。
在激光焊接的熔化模型研究方面， 美國國家實驗室的J·O Milewski采用計算機以窄V型坡口為模型，分析了激光能量在其中的傳播和吸收，該模型較好地說明了在小孔內(nèi)，光線反射頻率和入射角隨熔深而增加以及能量被吸收的峰值在小孔底部。
在激光焊接模擬方面，由于這是一個高階、非線性、具有自由表面的三維問題，因而要精確計算和模擬有許多邊界條件和參數(shù)都必需確定，但由于模擬對結(jié)果預(yù)測、工程設(shè)計以及物理本質(zhì)揭示顯示出的重要作用，相關(guān)的研究一直未中斷。
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