1029101 班 1102900113 高显骐 等离子体放电原理大作业 等离子体在焊接中质量控制的应用 0 前言 等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态,广泛存在于宇宙中,常被视为是物质的第四态,被称为等离子态,或者“超气态”,也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率,与电磁场存在极强的耦合作用。等离子体是由克鲁克斯在1879 年发现的,1928 年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯首次将“等离子体”( plasma)一词引入物理学,用来描述气体放电管里的物质形态。严格来说,等离子体是具有高位能动能的气体团,等离子体的总带电量仍是中性,借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出,结果电子已不再被束缚于原子核,而成为高位能高动能的自由电子。 1 等离子体在激光焊接中的应用 众所周知,等离子体的出现,是激光焊接所面临的最大问题。激光的高能量密度,不但能使金属熔化,还能使金属汽化。当汽化后的金属在空气中与激光束接触时。会出现电离现象。大量等离子体便由此产生。等离子体不但能够吸收和散射激光束。还能折射激光。使光斑聚焦的位置出现偏离,严重影响激光的焊接效果。因此,减少等离子体的出现,是优化激光焊接的最有效方式。日本的YArata 发明了LSSW ,即光束沿焊接方向迅速地来回摆动,时间控制在匙孔出现后与等离 子体出现之前,避免了等离子体的产生。等离子体的电子密度是影响激光束传输的关键,可用磁场辐射方式来减小等离子体对激光束的屏蔽作用。另外,还可通过在低气压环境下焊接,或通过侧吹辅助气体的方式来控制等离子体。 光致等离子体是激光深熔焊接过程中,在高能量密度激光束作用下 ,伴随小孔同时存在的不可避免的重要物理现象。由于它在激光深熔焊过程小孔形成、能量及物质传递中起到至关重要的作用,因而采用监测等离子体的声、光及电场信号来判定激光焊接过程中的焊缝熔透性是一种切实可行的方法。 实时监测焊缝的熔透性,一种最简单的方法就是监测焊缝背面的等离子体信号,但是在很多情形下,不可能从焊缝下方测量,而只能从正面监测。对于等离子体的声、光信号来说,在部分熔透与全熔透时,其传播方向有很大不同,在全熔透时,光致等离子体向两个方向膨胀,正是基于这种原理,我们利用光致等离子体信号的强度来监测激光焊缝的熔透性。 在激光焊接过程中,产生声能量发射的物理过程比较复杂。表1是其声源的列表,其中周围的气体、小孔振动、蒸汽及等离子体的受热膨胀是主要的原因。激光焊接过...