第24卷第3期焊接学报V。l24N。．32OO3年6月TRANSACTIONS0FTHECHINAWELDINCINSTITUTl0NJune20O3电弧对激光吸收与散焦的定量测量陈彦宾，李俐群，吴林(哈尔滨17业大学现代焊接生产技术国家重点实验空，哈尔滨15()oo”摘要：复台热源焊接过程中．激光与电弧之间相瓦作用的物理机制一直是复合热源焊接技术研究中的难点。激光形成的锁孔对电弧有吸引、压缩作用，由于激光穿过电弧时能量梭电弧吸收和散焦，对锁孔的稳定形成有直接影响，丽此研究激光穿过复合电弧时的吸收与传输特性对分析复合热源焊接机理、合理选择工艺参数有重要意义。义中没{1一种新型试验方法，采用激光烧蚀有机玻璃的方法定昔测量cO，激光穿过电弧时．电弧对激光的吸收与敞焦特性，通过有机玻璃的烧蚀深度和烧蚀宽度反映激光能鼍的损耗，获得了不㈣焊接电流与电弧位置对激光能量的影响规律。关键词：复合热源焊接；吸收与散焦；定量测量中圈分类号：附567文献标识码：A文章编号：0253—360x(2()03)03—56—03瞒彦空O序言激光一电弧复合热源焊接技术以其高质量、高效率及高适应性一直受到国内外焊接界的关注“⋯．随着复合热源焊接工艺的日趋成熟，复合热源焊接过程中激光与电弧能量相互耦合、相互影响的物理机制一直是人们亟待攻克的难点，激光对电弧的压缩与吸引作用已经是公认的事实”一，不过，激光穿过电弧，会受到电弧空间粒子的吸收与散焦作用，影响激光与工件之间的能量传递。与激光等离子体不同，在电场作用下，电弧等离子体中的电子是作高速定向运动，而且，当激光穿过电弧空间时，电弧吸收激光能量会发生膨胀．影响电弧等离子体空间的原有粒子分布规律，也就是说，复合电弧空问的粒子密度不仅仅是温度的单值函数。激光作用下电弧等离子体中电子密度分布的特殊性，决定其能量耦合关系的复杂性，为精确计算激光穿过电弧等离子体的传播特性和吸收特性带来困难。文中设计一种试验方法，利用激光烧蚀透明有机玻璃米反映激光穿过电弧后能量分布特征，可对激光穿过电弧后的能量损耗及散焦特性进行定量测最与分析。1试验收稿日期：2∞2一12一17激光穿过电弧后能量分布特性的测试系统示意图如图l所示。圉1电弧对激光的吸收与散焦测量方法Hg．1Me嚣uringmetllodofabsorp廿oD锄ddefocu蓟Dg0farc佃laser试验方法如下，在垂直放置的铜板与钨极之间建立稳定燃烧的横向电弧，电弧位置固定，弧长4mm左右，激光从上方垂直穿过电弧空间，辐射到放置在电弧下方的透明有机玻璃上，在有机玻璃上产生烧蚀。烧蚀深度及烧蚀宽度与激光的强度和光束束斑直径有关，由此可定量反映出电弧对激光的吸收与散焦作用。为防止电弧对有机玻璃的烧蚀，电弧与有机玻璃之间保持一定距离。测试时，采用激光脉冲方式，有机玻璃沿水平方向移动，这样，激光可以在有机玻璃上留下一排不连续的烧蚀小孔，小孔的深度和直径可定量反映穿过电弧后的激光强度和光斑直径。万方数据第3期陈彦宾，等：电弧对激光吸收与散焦的定量测量57通常认为，透明有机玻璃对激光的吸收率为100％，可避免由于吸收率不同带来的一系列问题，『fii且，采用透明有机玻璃，便于直接观察、测量烧蚀深度和烧蚀宽度。试验参数见表1，为确保试验数据的准确性，每组参数下激光穿过电弧在试验材料上连续产生16个烧蚀小孔，数据取其平均值。表1激光穿过电弧能量分布测量试验参数TabklPa舢te璐ofexperimen扛TremPanllIlekn800W．1000再Peakbm8：12ms．B蹦etim。：90ms80A～240&O05m／min4mm2⋯Tra“印㈣ype“p“，10mm【hickness2电弧对激光的吸收特性图2呈现了不同试验参数下激光穿过电弧后对有机玻璃的烧蚀情况(烧蚀深度和烧蚀宽度)，从试验结果可以看出，激光直接作用于透明有机玻璃时，在材料内部产牛的烧蚀小孔比较均匀、稳定，激光穿过电弧再作用于有机玻璃，在材料内部产生的烧蚀小孔深度明显不稳定．丰要是电弧波动、对激光的不稳定吸收造成的。随电流的增大，烧蚀深度明显减小，表叫激光的能量有较大的衰减(图2a)。比较而青，激光从电弧近阴极区穿过，能量损耗较少，电‘lAh劬q¨mnHndde如⋯i“g·1f⋯nlaserdIJnf％lⅢthlloughⅢ图2电弧对激光的吸收与散焦特性FIg·2AbsorptI...
