文档介绍：激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究|第1
.lunelting pool behavior and defects of laser Processing Laboratory of National Defense)
Abstract:In this paper,a mathematical model of keyhole mechanism of laser deep etallic vapor pressure and the relationship of metallic vapor effect of laser eters(including laser mode,laser poelt pool metal vapor recoil pressure porosity
引言
激光深熔焊接的本质特征为小孔效应。当高功率密度激光束入射到金属表面时,材料被迅速加热,由于热传导作用,材料将产生熔化、蒸发。如果材料蒸发速度足够高,激光束将在金属中打出一个小孔,在小孔内,金属蒸气反冲压力与液态静压力、表面张力之间的作用的动态平衡将维持小孔的存在[1]。小孔内的蒸气压力分布和有关的气体动力学及离化作用将影响到小孔的形状。在激光深熔焊接中,由于存在小孔,激光束能深入到材料内部,被熔化的液态金属环绕在小孔的周围,激光对材料的热输入主要是在小孔壁上的液化界面上,随着激光束的移动,小孔前沿的金属被熔化、汽化,而在小孔后部,液态金属重新凝固,而形成焊缝。由于小孔附近的很大温度梯度,使小孔周围的金属熔体产生很大的表面张力梯度,其相应的金属蒸气反冲压力使小孔前沿产生强烈的环流。图1示出激光深熔焊接熔池的流动情况,熔池内的热传输和液体流动可以显著地影响熔池的几何形状、温度梯度、局部区域的冷却速率和凝固结构,并可导致熔深的波动、气孔、熔池不足等缺陷。采用实验方法很难确定焊接过程中的温度分布、冷却速度和熔池流动的形态。因此,采用数学方法定量分析激光深熔焊接过程中的具体温度分布和流动状态引起了人们的广泛注意。
The pool floder等人采用有限差分法发展了一个三维稳态激光深熔焊接的数值模型,根据传热理论可得到小孔的形成过程[5]。Sonti等人采用二维有限元非线性模型进行了铝合金激光深熔焊接传输过程的三维计算,得到了激光焊接的三维温度场[6]。Klemens是第一个从小孔压力平衡角度研究了稳态下的小孔的形态,由于压力是小孔深度的函数,小孔半径将随深度而变化[7]。Andrens等人更加具体地分析了小孔形状与小孔内压力之间的关系[8]。Doetal evaporation recoil pressure on keyhole ode on ode b€€multi-mode
激光等离子体是激光深熔焊接中在高能量密度作用下伴随小孔同时存在的。等离子体的状态和行为对激光焊接熔池行为有重要的影响,如果等离子体控制得不好,可能造成激光焊接过程的中断。等离子体主要通过以下两种机制对激光深熔焊接过程产生影响,一是等离子体吸收激光能量;二是等离子体会改变激光束聚焦光斑的空间形态。
研究证明[],等离子体是一个光疏介质,当入射激光束穿过等离子体将导致激光束传播方向的改变;其偏转角是不同的,并与等离子体的电子密度梯度和等离