真空环境下激光焊接等离子体特性研究

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1、硕士学位论文真空环境下激光焊接等离子体特性研究STUDYONTHECHARACTERISTICSOFPLASMAINLASERWELDINGUNDERVACUUMCONDITIONS姜梦哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG456.7学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文真空环境下激光焊接等离子体特性研究硕士研究生：姜梦导师：陶汪副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C:621.791Disse

2、rtationfortheMasterofEngineeringSTUDYONTHECHARACTERISTICSOFPLASMAINLASERWELDINGUNDERVACUUMCONDITIONSCandidate：JiangMengSupervisor：AssociateProf.TaoWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：J

3、une，2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要目前，随着大功率、高品质激光器的快速发展，激光深熔焊在航空航天、船舶制造和汽车制造等领域的应用越来越广，但是激光焊接光致等离子体的“屏蔽”效应限制了激光焊接在深熔焊方面的应用。近年来日本学者提出了真空环境下激光焊接的方法，为激光焊接提出一个新的方向。本文在国内率先开展真空环境下激光焊接的研究，并重点研究真空环境下激光焊接的等离子体特性。本文首先对真空环境下激光焊接的工艺特性进行了研究，分析了环境压力、焊接速度和离焦量

4、对焊缝成形特别是熔深的影响。研究发现：随着环境压力的降低，焊缝熔深明显增加，并且在焊接速度较小时，环境压力对焊缝熔深的增加效果更加显著。在真空环境下，较大的负离焦可以获得较大的熔深和较好的成形，并且焊接速度越小达到最大熔深所需的负离焦越大。在优化的工艺参数下，获得了深宽比较大的平行焊缝。利用CCD对真空环境下激光焊接过程观测，研究发现：真空环境对激光焊接等离子体有一定抑制作用。利用MATLAB软件对等离子体图片进行了处理得出：等离子体的高度和等离子体的亮度梯度都随环境压力的降低而降低，定性地分析了真空环境下激光焊接等离子体对激光的损耗效应。同时还发现熔池长度随着环境压力降低

5、而增加，利用激光焊接等离子体凝结试验证明了真空环境下激光焊接等离子体喷射速度的增加改变了激光焊接熔池流动行为。利用光谱分析的方法分析了真空环境下激光焊接等离子体的光谱特性，利用玻尔兹曼法和斯塔克展宽法分别计算了不同环境压力下等离子体的电子温度和电子密度，并计算了逆韧致吸收系数。研究表明：电子密度、电子温度和逆韧致吸收系数都随环境压力降低而降低。理论分析发现环境压力的变化改变了激光焊接的能量吸收形式。在大气环境下激光焊接能量的吸收形式为逆韧致吸收和菲涅尔吸收，而在真空条件下激光焊接的吸收形式基本为菲涅尔吸收。探测激光测试定量地测量了等离子体羽烟对于激光的损耗效应，研究表明：等

6、离子体羽烟对激光的衰减和折射效应都随环境压力的降低而降低。深入分析了真空环境下激光焊接的机理，认为真空环境下等离子体羽烟对于激光损耗效应的减弱是真空环境下激光焊接熔深增加的一个原因。关键词：激光深熔焊；真空环境；图像处理；光谱分析；探测激光；能量损耗-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractCurrently,withtherapiddevelopmentsofhighpowerandhighqualitylaser,laserdeeppenetrationweldingisusedmoreandmorewidelyintheaerospace,shipbuildin

7、gandautomobilemanufacturing.But“theshieldingeffect”oflaserinducedplasmaplumehaslimitedtheapplicationsoflaserweldingindeeppenetration.Inrecentyears,Japanesescholarshaveputforwardanewmethodoflaserweldingundervacuumconditions,bringinganewdirectionforlaserwelding.