摘要：基于谱线的相对强度法,开发了激光焊接光致等离子体电子温度和密度的测量系统,包括了分光与色散系统,信号采集与预处理系统,以及数据后处理与显示系统。试验结果表明,硬件设计和软件系统的开发与集成满足了激光焊接光致等离子体电子温度和密度的测量要求。

摘要：提出了一种适用于高功率CO2激光焊缝熔透状态的在线监测方法,设计了不同熔透状态的高功率CO2激光堆焊焊接试验,采用高速摄影技术获取焊接过程中连续变化的光致等离子体图像,编程实现基于最大类间方差的图像分割,计算了光致等离子的高度、底部宽度和面积,得到了特征参数的概率密度分布图和变异系数,并分析了光致等离子体面积的频谱特征.结果表明:在焊缝未熔透时,光致等离子体的高度和面积均显著大于熔透状态时;焊缝未熔透状态的光致等离子体的面积波动频率约为400 Hz.

摘要：光致等离子体是CO2激光焊的重要现象。厚板激光焊时,坡口中的光致等离子体图像受熔池等噪声影响,传统边缘提取算法易产生伪边缘,给后续分析计算带来困难。设计了坡口中光致等离子体图像采集系统,所获得的图像经高斯滤波后,为了克服熔池对光致等离子云图像的干扰,改进了主动轮廓模型Snake算法,基于OTSU算法完成等离子云图像的二值化和初步分割,设计了Snake模型能量函数并优化了相关参数,提取了坡口中光致等离子体边缘,与传统Sobel算子等方法比较,提高了等离子云边缘提取的准确性和可靠性。

摘要：高功率CO2激光焊接过程中侧吹气体喷嘴位置及角度变化会对光致等离子体的尺寸特征产生影响。本文基于计算流体动力学,建立了二维非稳态模型,计算不同喷嘴位置、喷嘴角度下气体在工件表面产生的压力、水平气体流速和保护气体在整个环境氛围中所占的比率,指出利于抑制等离子体的气体喷嘴位置最佳区间,并设计了基于十字型激光的喷嘴位置快速定位装置。实验结果表明,侧吹气体喷嘴的位置及角度在工业生产中具有很重要的作用,适当的喷嘴位置配合较小的保护气体流量同样可以达到抑制等离子体保证焊接质量的效果,同时可以降低成本,节约资源。

摘要：采用Level-set方法模拟了激光深熔焊接过程中光致等离子体的动态形成过程,研究了等离子体形态、温度、孔内压强、气体流速等行为特征。结果表明:在2.2ms时刻等离子体的最高温度达到4 300K,孔内的最大压强为4×105 Pa,等离子体在小孔径向的最大流速为60m/s,最大流速位于等离子体中心处且接近孔底的位置,且等离子体沿小孔轴线方向与径向方向的流速下降。考虑等离子体对激光能量吸收比未考虑等离子体对激光能量吸收时孔内功率密度降低了12.5%。研究结果将为激光深熔焊接过程中等离子体的机理研究和模拟研究提供理论依据。

摘要：对不同激光参数条件下脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮过程中产生的490-600 nm波段范围内的等离子体空间分辨发射光谱进行了研究。在局部热力学平衡条件下，根据测得的等离子体谱线信号的相对强度，利用Boltzmann图法和Stark展宽法分别计算得到等离子体电子温度和电子数密度值，并对激光单脉冲能量、距砂轮表面的探测距离等因素对等离子体电子温度和电子数密度的影响进行了研究。实验结果表明，激光修锐产生的等离子体电子温度和电子数密度随探测距离的增加近似呈Lorentz分布，随激光单脉冲能量的变化近似呈指数规律增长。在此基础之上，进一步计算了等离子体逆韧致吸收系数，并总结其随探测距离和激光单脉冲能量的变化规律。