核能|激光-双TIG复合焊接中激光同步诱导电弧等离子体的研究( 五 ) 核能

▲图13(1)匙孔电流生成模型。 (2)匙孔电流与电弧电流之间的力效应。图9中的实验结果可以通过上述机制清晰解释。在图9中，激光脉冲能量的增加提高了同步诱导能力。原因如下：一方面，激光脉冲能量的增加提高了对板的高密度能量输入，且金属粒子的电离程度增大，提高了匙孔等离子体的电导率。另一方面，匙孔的深度也随着脉冲能量的增加而增加。这两个方面都增加了驱动力Ftotal 。当激光脉冲能量过小， Daa过大时，相当于减小Ik ，增大d ， Ftotal大大减小。在这种情况下，同步诱导很难实现，如图9(3)所示。另外，当Daa足够大且电弧偏离激光作用点太远时，匙孔附近的温度很低，匙孔中的放电粒子很难进入电弧等离子体，甚至只能存在很短的时间。因此不能在匙孔中产生电流。当Daa减小时， Ftotal和电弧刚度都增加。因此，在这种情况下，只有当Ftotal大到足以超过电弧刚度时，才会发生同步诱导。如图9(1)所示，当Daa很小时，同步诱导现象发生在较大的Dla上。根据第4.1节，当Daa较小时，电弧等离子体会扩展。选择较大的Dla可以缩短工件表面激光作用点与弧根的距离，较小的d有利于同步诱导。
▲图14在双电极工艺过程中的弧的图像，在电极之间的距离不同时的结果
▲图15在LT和LM焊接的时候弧的行为特征，其中参数为: 弧电流为120A， Dla 为3 mm.（laser-GTA (LT) 复合热源和laser-GMA (LM)复合热源）5. 结论本文在一块6mm的AZ31B镁合金板上进行了激光-双TIG复合焊接工艺。高速相机和光谱仪用于获取双电弧等离子体的相关信息。结合电弧等离子体的形状和光谱特性，建立物理模型研究激光双电弧同步诱导现象。发现以下结论：※激光器与双电弧之间有四种典型的位置关系，分别对应于双电弧的四种等离子体形状(原始等离子体、分散等离子体、耦合等离子体、分离等离子体) 。其中，同步诱导只存在于耦合等离子体中，形成具有能量集中的公共导电通道。在本研究的实验条件下，与双电弧热源相比，混合热源的电子密度提高了60.64% ，焊接熔深是双电弧的2.73倍。 ※双TIG焊枪倾斜于工件表面时，耦合电弧的弧长与两钨电极尖端之间的距离(Daa)成反比。在固定焊接电流参数下， Daa越小，叠加电流强度越高。当刚度和弧长增加时，激光与电弧等离子体之间的相互作用更容易在较大的Dla中发生。 ※在Dla与双电弧长度匹配的情况下，当产生匙孔电流时，匙孔电流与两路电弧电流之间的电磁力之和为同步诱导的驱动力。当驱动力超过双电弧的刚度时，就会发生同步诱导。驱动力与匙孔的深度和电流、电弧电流和长度成正比，与匙孔电流和电弧电流之间的距离成反比。文章来源：Study on synchronous induction of arc plasma by laser in laser-double TIG hybrid weldingOptics and Lasers in EngineeringVolume 133 October 2020 106130https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2020.106130参考资料：1.Comparative study on interactions between laser and arc plasma during laser-GTA welding and laser-GMA weldingOptics and Lasers in EngineeringVolume 85 October 2016 Pages 1-8https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2016.04.0062.Two-dimensional arc stagnation pressure measurements for the double-electrode GTAW process ， Science and Technology of Welding and Joining ， Volume 21 2016 - Issue 4 ， https://doi.org/10.1080/13621718.2015.1104095