激光-TIG電弧復(fù)合焊接熱源的光譜診斷.pdf

1、本課題以鋁合金為工件極，將激光與氬氣保護下TIG電弧復(fù)合熱源為研究對象，借助于先進的光譜測試設(shè)備，以電子密度診斷為研究的切入點，探究激光與電弧相互復(fù)合時電弧空間狀態(tài)參數(shù)的變化與特征。以此，揭示復(fù)合焊接物理參數(shù)的變化與其物理本質(zhì)的聯(lián)系，并發(fā)現(xiàn)其相互作用的微觀機理，從而能夠指導激光-TIG電弧復(fù)合焊接工藝。
　　 根據(jù)光譜分析原理，對激光作用工件產(chǎn)生的金屬等離子體和保護氣體氬電弧等離子體的電子密度、重粒子溫度在時間、空間狀態(tài)特征參量

2、方面進行了對比和分析，實現(xiàn)了對激光-TIG電弧復(fù)合焊接熱源等離子體特征的定量表達。
　　 通過光譜分析法，對激光輔助引燃TIG電弧的機理進行了研究。對激光輔助引弧的各個階段電子密度隨時間變化的經(jīng)歷進行了觀測，以及不同元素對電子貢獻的參與程度。指出了在引弧初期以金屬成分為主的等離子體迅速向保護氣體氬等離子體為主導的電弧熱電離的轉(zhuǎn)變過程。
　　 對脈沖激光與TIG電弧復(fù)合過程的光譜特征進行了研究。實現(xiàn)了對脈沖激光與工件作用后

3、具有較長時間歷程電子漲落過程的定量表達，并由此證實金屬等離子體的時間特征以及與保護氣體氬等離子體之間在電弧空間的弱相關(guān)性。
　　 通過研究連續(xù)激光與不同輸出方式電弧復(fù)合過程中，金屬等離子體電子密度的變化規(guī)律，從微觀上描述了形成穩(wěn)定會屬等離子體的物理過程。論文對直流、方波交流和直流脈沖等不同TIG電弧與激光復(fù)合進行了觀測，指出了直流脈沖基值時段金屬等離子體電子密度的上升是兩種熱源復(fù)合的一種優(yōu)化狀態(tài)，在應(yīng)用意義上是激光-TIG電弧熱

4、源深熔焊接方式的表征。
　　 研究結(jié)果表明，由激光激發(fā)的金屬等離子體與保護氣體電弧等離子體具有不同的物理屬性。兩種等離子體雖然沒有構(gòu)成熱力學意義上的“復(fù)合”，但金屬等離子體有助于氣體的電離；而電弧的參與有利于對金屬等離子體電子密度的“稀釋”由此提高了金屬材料對激光能量的吸收率。
　　 激光-TIG電弧復(fù)合的這兩個特征在本文的工作中得到了定量的解釋和實驗的驗證。實驗表明，在激光-TIG電弧復(fù)合過程中，能有效、穩(wěn)定地形成深熔