不同焊接模式下的YAG激光等离子体电信号特征分析

摘要

激光焊接由于其独特的优点，已经在汽车、冶金、船舶制造及国防工业等领域得到越来越多的关注和应用。激光焊接过程中产生的等离子体是激光与物质相互作用的中心环节，对焊接过程有着重要影响。另外等离子体中包含了关于焊接过程中的各种信息，包括光、电、声和光谱信息等，对等离子体特征信息的的检测是实现激光焊接质量在线监测的有效手段，并且研究等离子体的特性有助于深入理解激光与物质相互作用机理进而改进激光焊接工艺，所以对激光焊等离子体的探测及分析有重要的实际意义。
　　本文在关于昂赛格倒易关系和广义欧姆定律的基础上，对激光焊接等离子体中电子流的产生原因进行了分析，指出电子密度梯度和电子温度梯度是电子流产生的驱动力。建立了关于激光焊等离子体的电源模型，并提出了一种新型的等离子体无源电信号检测装置。搭建了激光焊等离子体双路电信号同步检测试验平台，结合高速摄像技术，设计试验参数，在A304不锈钢表面进行自熔焊接，获得了不同焊接模式下的等离子体电信号和等离子形态演变特征。
　　分析了不同激光焊接模式下由电探测装置获得的等离子体电信号时域变化特征,发现等离子体电信号受到等离子体效应和鞘层效应的共同影响，而小孔的形成与否是不同焊接模式下电信号特征不同的决定性因素。在激光深熔焊模式下，等离子体电信号呈现三阶段变化规律，在焊接开始后，初始阶段内的电信号绝对幅值近似线性增长，达到峰值电压后在过渡阶段内信号绝对幅值振荡式减小，随着焊接过程的进行，进入稳定阶段后电信号趋于稳定振荡。在激光热导焊模式下，在焊接全过程中的等离子体电信号基本维持稳定振荡。在此之外，对不同激光焊接模式下的等离子体伏安特性进行了讨论分析。
　　研究结果表明新型电探测装置的使用可有效获得焊接全过程中的等离子体电信号，这为激光焊等离子体本身特征参数的研究和激光焊接质量的在线监控提供了一种新的方法。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容及意义

第2章 激光焊等离子体电信号检测原理

2.1 激光焊等离子体中电子流的产生

2.2 激光焊等离子体无源电探测装置

2.3 激光焊等离子体电源模型的提出

2.4 本章小结

第3章 激光焊等离子体电信号同步检测

3.1 电信号同步采集系统

3.2 试验结果分析

3.3 本章小结

第4章 不同焊接参数下的等离子体电信号特征分析

4.1 试验方案设计

4.2 不同激光功率下的等离子体电信号特征分析

4.3 不同焊接速度下的等离子体电信号特征分析

4.4 本章小结

第5章 激光焊等离子体电特性分析

5.1 试验方案设计

5.2 激光深熔焊模式下的等离子体电特性分析

5.3 激光热导焊模式下的等离子体电特性分析

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢