第34卷，第5期 2014年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34 ,No. 5 -pp1173-1177
May,2014
基于光谱诊断的热源间距对激光-脉冲GMAW复合焊
等离子体物理特性影响研究
廖巍，2，华学明1.2，张旺，2，李芳1,2 1.上海交通大学材料科学与工程学院焊接工程技术研究所，上海200240 2.上海市激光制造与材料改性重点实验室，上海200240
摘要激光电弧复合焊中，热源间距会影响到等离子体物理特性，进而影响到焊接过程的稳定性及焊接质量。基于Boltzmann作图法和Stark展宽法研究了不同热源间距下的激光-脉冲GMAW复合焊峰值阶段的温度场和电子密度分布，并结合高速摄影手段分析了热源间距对温度和电子密度的影响规律。光谱诊断结果表明，随着热源间距的增大，激光等离子体的温度和电子密度都没有明显的变化；电弧温度出现下降，电弧电子密度则呈现先增高后降低的趋势。
关键词激光电弧复合焊；电子密度；温度；热源间距
中图分类号：TG403
引言
文献标识码：A
D0I : 10, 3964/j. issn., 1000-0593(2014 )05-1173-05
YAG激光-TIG复合焊等离子体，研究了焊接电流、热源间距对温度和电导率的影响，但没有对CO2激光-脉冲GMAW 电弧复合焊进行研究
在激光电弧复合焊中，激光等离子体的物理特性会影响
到电弧的稳定性，同时电弧会吸收微光能量。高能量密度的激光作用于金属，产生大量金属蒸汽，能够提高电弧的电导率、电子密度、电弧温度以及电流密度，进而提高电弧的稳定性-汀。因此，对于激光电弧复合焊而言，激光和电弧之间的相互作用非常重要，
不同的热源间距会影响到微光与电弧之间的相互作用前人的研究表明，随着热源间距的变化，激光电弧复合焊的熔滴过渡、焊缝成形、等离子体形貌都会发生变化(4-汀。温度和电子密度是焊接等离子体的重要物理参数，对等离子体的导电性具有明显的影响3]
光谱诊断手段在等离子体的温度和电子密度测量中已有广泛的应用。如刘黎明.9研究了YAG激光-TIG焊，测量了激光作用前后的温度场和电子密度场。李志勇研究了 YAG激光-GMAW复合焊，比较了激光等离子体和电弧等离子体的温度场和电子密度场。李桓等11.12]对双丝电弧-激光复合焊进行分析，研究了激光功率、焊接电流、焊丝间距对等离子体温度的影响。上述研究并没有涉及不同热源间距对激光电弧复合焊的影响。Ribic*采用光谱手段研究了
收稿日期：2013-07-06，修订日期：2013-10-25
基金项目：国家自然科学基金项目（51275299)资助
作者简介：廖巍，1988年生，上海交通大学材料学院硕士研究生
e-mail : xmhua@ sjtu .edu -cn
*通讯联系人
本工作对CO?激光-脉冲GMAW复合焊离子体进行了研究基于Boltzmann作图法测量了温度场，基于Stark展宽法测量了电子密度，探讨了电子密度和温度这两个重要物理
参数和热源间距之间的关系。 1实验部分
1.1激光-脉冲GMAW复合焊工艺参数
实验采用的激光器为Tumpf15000二氧化碳激光器，焊机为FroniusTPS5000。采用平板堆焊，复合方式为旁轴复合，焊枪角度为45°，电弧焊在前，激光焊在后，如图1所示。焊丝中心线与工件的交点到激光束轴线的距离为热源间距。脉冲GMAW保护气体为50%Ar十50%He，同时作为抑制激光等离子体的侧吹气体，气体流量为40L·min-1。
实验板材为E36船用钢，板厚为14mm，焊丝型号为 CHW-50C6。激光功率为6kW，离焦量为0mm。为了得到稳定的一脉一滴的熔滴过渡形式，对脉冲GMAW焊接参数进行了优化，优化后的焊接电压为26V，送丝速度为12m· min-1，脉冲周期12.8ms，峰值时间1.6ms，焊接速度为
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