理论教育 激光焊焊接过程中产生的效应及其优化方法

激光焊焊接过程中产生的效应及其优化方法

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:等离子体对CO2激光的折射角为式中Ne——等离子体的电子密度;L——激光通过等离子体的长度;r——等离子体柱的半径。采用CO2激光焊焊接钢材料时,等离子体对激光的吸收系数式中Ne——电子密度;Te——电子温度。

激光焊焊接过程中产生的效应及其优化方法

1.等离子体的负面效应

激光焊时,被焊材料不仅熔化、蒸发,而且还会和保护气体一起被电离,在熔池上方形成等离子云,所以激光焊焊接过程实质上也是入射激光、保护气体、等离子体以及被焊材料四者之问相互作用的过程。

等离子体的折射率小于1,它是比真空还光疏的物质,激光入射到等离子云上时,会产生折射、反射、吸收,极端情况下甚至会产生全反射

等离子体对CO2激光的折射角

式中Ne——等离子体的电子密度;

L——激光通过等离子体的长度

r——等离子体柱的半径。

采用CO2激光焊焊接钢材料时,等离子体对激光的吸收系数

式中Ne——电子密度;

Te——电子温度。

等离子体由电子、离子、原子或分子组成,在库仑力的作用下,会形成电子和离子的集体振荡,其电子振荡角频率(www.daowen.com)

式中Ne——电子密度;

E——电子电量;

me——电子质量;

ε0——真空介电常数

随着Ne的增加,ωpe也增加,当入射激光的角频率ω≤ωpe时,则产生全反射。显然,熔池上方产生的等离子云就像带通滤波器那样,只有角频率高于等离子体电子振荡角频率的激光才能通过。

2.对焊缝金属的净化效应

金属中往往含有S、P、O、N等非金属杂质,它们或者独立存在于金属基体中,或者固溶在金属基体中。受到激光照射时,由于非金属的吸收率远远大于金属,故独立存在于金属基体中的杂质随温度的迅速上升而逸出熔池;而固溶在金属基体中的杂质也由于其沸点低、蒸气压高而很容易地从熔池中逸出,结果是减少了焊缝中的有害元素和杂质,提高了焊缝的塑性和韧性。

3.壁聚焦效应

壁聚焦效应前已提及,它是指深熔焊接时,由于熔池小孔出现、激光束深入小孔内部、小孔壁对激光多次吸收、反射,最终在小孔底部形成较高的激光功率密度,并被全部吸收的作用。

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