第36卷，第1期 2016年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
保护条件变化的激光焊接等离子体光谱分析
杜笑，杨立军1，2*，刘桐，焦娇，王会超
1.天津大学材料科学与工程学院，天津300072 2.天津大学天津市现代连接技术重点实验室，天津
21000
Vol.36,No.1-pp15-19
January,2016
摘要保护气体在激光焊接过程中起重要的作用，保护条件的改变对焊接质量会有显著地影响。研究 Nd：YAG激光焊过程中保护条件的变化对激光等离子体的电子温度和电子密度等特征参数的影响，通过设计分步减小保护气流量的微光焊试验进行规律性研究，通过模拟实际可能发生的保护不良的微光焊试验进行验证性研究。在试验研究过程中，利用光谱仪采集激光焊接过程中产生的光致等离子体的光谱信息，通过相对光强法计算不同保护条件下等离子体的电子温度，通过斯塔克展宽机制计算不同保护条件下等离子体的电子密度。研究结果表明，保护条件的改变对Nd：YAG激光焊接过程中产生的光致等离子体的电子温度和电子密度有重要影响，随者保护条件的变化，光致等离子体的电子温度和电子密度的平均值会发生变化，其波动幅度也会发生变化。在保护良好的条件下，等离子体的电子温度和电子密度均较小，且波动幅度也较小；在保护不良的条件下，等离子体的电子温度和电子密度都比较大，且波动幅度也比较大，这种变化的特征有助于对激光焊接过程进行质量监控，
关键词微光焊：微光等离子体：光谱诊断：电子温度：电子密度
中图分类号：TG403
引言
文献标识码：A
D0I : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593 (2016 )01-0015-05
离子体特征参数之间的关系。 1实验部分
激光等离子体的产生是激光焊接过程中重要的物理现
象，其与激光的相互作用对激光焊过程有直接的影响。光谱分析是研究等离子体状态特征的较好方法，可用于激光焊过程等离子体状态的诊断分析，进而探索等离子体中包含的激光焊过程信息所反映的焊接状态。
微光等离子体的状态变化与微光焊过程密切相关 Kong等认为焊接接头中存在的缺陷与焊接过程中该缺陷处对应的等离子体电子温度变化相关[2-3]；Sibillano等指出在 CO2激光焊和Nd：YAG脉冲激光焊接中电子温度可以反映焊接熔深的大小[-5]；Konuk等指出保护条件对焊接质量的控制有重要的影响，电子温度的变化可以用于实时监测和控制焊接熔深"。这些研究成果利用激光等离子体状态变量的检测对激光焊过程进行监控，探索反映焊缝情况和焊接缺陷的等离子体状态特征。本文将利用光谱诊断方法，研究Nd： YAG激光焊过程的等离子体监测，探索保护条件变化与等
收稿日期：2014-07-30，修订日期：2014-11-15
保护气体在激光焊接过程中起重要作用，保护条件的改变对焊接质量有显著影响。分析保护气体的保护状态，基本方法有三种：保护良好、完全无保护和保护不完整（介于前两者之间），针对此三种保护条件对激光焊过程的影响，本文设计分步逐渐减小保护气流量的激光焊试验，分析研究在基本的保护条件发生变化时激光等离子体的状态变化及其对焊接过程的影响，探索其变化规律。在此基础上，模拟实际激光焊接过程中可能会发生的保护不良条件展开试验，对试验结果进行验证分析。
分步减小气流量试验：如图1所示，从左向右将焊接试板分成4段，长度依次为30，30，50和50mm，在每个交界点改变保护气体流量，采用Ar气保护，从左向右保护气流量大小依次为20，10，5和0L·min-1，尽量保证试验在同一焊接条件下进行。
基金项目：国家自然科学基金项目（51175374），天津市应用基础及前技术研究计划项目（11JCYBJC06100)和哈尔滨工业大学先进焊接与
连接国家重点实验室项目（AWPT-M12-08)资助
作者简介：杜笑，女，1990年生，天津大学材料科学与工程学院硕士研究生
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