第36卷，第4期 2016年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36 ,No, 4 -pp913-918
April,2016
基于光谱分析的CO激光十脉冲GMAW复合焊峰值状态
激光能量传输研究
张旺1,2，李芳1.2*，李敏”，华学明1，2，蔡艳1,2 1，上海交通大学上海市激光造与材料改性重点实验室，上海200240
2.高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240 3.上海电力学院能源与机械工程学院，上海200093
摘要在激光十脉冲GMAW复合焊接过程中，焊丝端部金属熔化产生大量的金属蒸汽，导致等离子体中电子、粒子的扩散现象加剧，使得激光的传输模式和工件对激光能量的吸收率和吸收模式发生变化。基于光谱分析的方法得到了复合焊接峰值状态的电子密度和温度分布，通过高速摄影分析了不同焊接模式下等离子体形态的变化，结合Beer-Lambert吸收定律计算了不同焊接模式下激光的吸收率。错果表明，在复合焊过程中，由于焊丝端部金属被熔化，焊丝的金盾蒸汽进人激光等离子体内部，导致激光匙孔上方电子密度进一步提高，等离子体吸收激光能量能力增强，使得激光的传输效率从纯激光焊的94.16%降低到了CO：激光十脉冲GMAW复合焊的85.84%。
关键调激光电弧复合焊；电子密度；温度；激光吸收效率
中图分类号：TG403
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964 /j issn. 1000-0593 (2016 )04-0913-06
中，不能简单的忽略电弧等离子体，在考虑微光等离子体对激光传输作用时，也必须考虑电弧等离子的作用。因此，为了提高激光能量的传输效率，在焊接过程中希望最大可能
激光十脉冲GMAW复合焊可以获得比激光焊更大的熔
宽和比脉冲GMAW焊更大的熔深。激光十脉冲GMAW复合焊应用中一个重要问题是如何有效提高激光能量的传输-2]，目前最常用的方法是通过实验设计(DOE)方法对复合焊接的电压，热源间距、激光功率进行经验实验设计与优化3}，而从激光能量传输机制方面去理解复合模式的传质传热过程相对比较缺乏。
如图1所示，对于激光十脉冲GMAW复合焊，激光能量通过两种传输机制达到工件：一种为多重菲涅尔反射吸收机制，激光束进人匙孔后在小孔的孔壁上的多重反射吸收；第二种为匙孔内等离子体和匙孔上方等离子体的逆韧致辐射吸收机制。对于第一种吸收机制，能量传输到工件的比例主要受影响于光束的方间，而第二种吸收机制主要受影响于等离子体的高度及等离子体内的粒子数密度，在复合焊过程中电弧等离子体与激光等离子体同时共存，电弧等离子体的存在也会导致激光穿过等离子时的逆韧致吸收和光致吸收增强，降低工件对激光能量的吸收率。所以复合焊接过程收稿日期：2015-01-21，修订日期：2015-04-18
的减小等离子羽的存在。但是，在脉冲GMAW焊接过程中，由于焊丝端部熔化会产生大量的金属蒸汽，金属蒸汽中的电子，离子的扩散现象必然会进一步影响激光的传输模式和工
Plasma Absorption
Droplete
+ Thickness
Lasen beam
Plasma Mel poel
Pool Fesnel Ahsomption
+IDLA4
图1激光十脉冲GMAW复合焊过程中
激光能量的吸收机制原理图
Fig, 1
Scheme of absorption mechanism in laser+ GMAW hybrid welding
基金项目：国家自然科学基金项目（51275299，51505271，51475297)资助
作者简介：张旺，1980年生，上海交通大学材料学院博士研究生
*通讯联系人
e-mail : lifang302@ sjtu, edu, cn
e-mail : zhangw ang@ sjtu, edu, en