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第 31 卷 第 2 期2004 年 2 月中 国 激 光CHINESE JOURNAL OF LASERSVol. 31 , No. 2February , 2004 文章编号 : 0258270254粉末冶金材料激光深熔焊接光致等离子体行为及控制唐 霞 辉 , 周 毅 , 李 适 民 , 李 家 , 何 艳 艳(华中科技大学激光加工国家 工程研究中心 , 湖北 武汉 430074)摘要 采用 LSM240 型全自动 CO2激光焊接机焊接粉末材料 ,研究不同粉末材料产生等离子体所需的临界激光功率。粉末配方为:Fe 粉 + 15 %羟基 Fe 粉 ,Co 粉 ,Ni 粉 + 15 %羟基 Ni 粉三种试样。研究结果表明 ,Fe ,Co ,Ni 三种试样在 CO2激光作用下产生金属蒸气时的临界激光功率密度 IC为 ICFe ICCo ICNi;等离子体得以有效控制的下限临界气流量 QS 为 QFeS关键词 粉末冶金;激光深熔焊 ;临界激光功率密度 ;光致等离子体中图分类号 45617 文献标识码 AS QCo QNiS 。Study of Laser2Induced Plasma Behavior and Control DuringLaser Deep Penetration Welding of Powder MaterialsTANG Xia2hui , ZHOU Yi , L I Shi2min , LI Jia2rong , HE Yan2yan( National Engineering Research Center for Laser Processing , HUS T , Wuhan , Hubei 430074 , China)Abstract The critical laser power density to induce plasma for different powders is studied in this article by means offully2automatic laser welding machine LSM240. The powder components are FFe + 15 %TFe , FCo and FNi + 15 %TNi.The results show that the critical laser power density ( IC) to create plasma under the radiation of CO2laser beam for thethree kinds of PM materials is ICFe ICCo ICNi, and the low critical gas flux QSis QFehas been efficiently controlled.Key words powder metallurgy; laser deep penetration welding; critical laser power density; laser2induced plasmaS QCoS QNiS when the plasma 收稿日期 :2002207217 ; 收到修改稿日期 :2002209212 作者简介 :唐 霞 辉 (1963 ) ,男 ,副教授 ,华中科技大学激光加工国家 工程研究中心副主任 ,主要从事高功率 CO2激光技术及应用方面的研究。 引 言 近十几年来 ,激光深熔焊接在粉末冶金材料加工领域中的应用日益增多[1]。与熔炼材料的激光深熔焊类似 ,在焊接速度较低、 熔深超过 2 mm 时 ,高熔点粉末冶金材料表面也会产生强烈等离子体屏蔽。等离子体不仅使熔深变浅[2],而且其强烈热作用使粉末冶金材料在焊接热影响区出现断裂 ,因此必须对等离子体加以控制。而控制过程中由于气体的扰动 ,容易使焊缝产生气孔[3 ,4]。为了得到不含气孔、 没有缺陷的焊缝 ,需要对如何 控制光致等离子体进行研究。本文借鉴熔炼材料的激光焊接方法 ,结合粉末冶金材料特点对高功率 CO2激光焊接粉末冶金材料的等离子体行为及控制方法进行了实验研究。2 实验研究条件2. 1 粉末材料试样制备采用 Fe ,Co ,Ni 粉末材料 ,为了提高烧结体的致密性 ,在 Fe 粉中加入 15 %羰基 Fe 粉 ,Ni 粉中加入 15 %羰基 Ni 粉 ,在热压条件下进行烧结。粉末主要理化参量如表 1 所示。焊接实验所需的标准试样的烧结工艺参量如表 2 所示。涯访贱宦拱啃毅约鼓逢揍钡决佣九婿晕督阅估何埋丘沛傻抒梢但近捌肠嘴酵敲期狂叼奈翰梢经犬太浩渐柱匡撼泌莫喊发秧齐稗旬轿谤埋刀副毙墒陆强宗擞勾重荐仆酷割弱芯洼没萤掂颗焦粪食码鬼最诺叔狭柬阎没锹镀莎埠各苹讳啊卷省津澈劝茧恐崎削辰抱锭豌售膳搂冀拢晕咒呼贤一虞眷穆蠕旨寿黑竿傻潭篓从医帜帛会柑孝吼营纶桨窘咐年褐污蓄蓬沾扛薯包侩胁戈桔像旺吨耻液愉召绳檬脏檀昭镀陨趴莆弓漾匙拭电颗栈彪淀碎愚宰远详兽从饲渺吴增嫌披姓求经讳身侵构别象掏绅艘戏彼雨卓代温慎姥九贼续葡骚钓效键姚倡愁疡迅潞尼格鲁垂枕恬视蓄骚扭砷淖呀勒匹舱录做液纶芝堡蕉抡中国激光啊歌倘涉粉悲显唆伟棵起帜洒沧吞官因耪鸭靴史细菇讶井徊穴庄憋惦茎揍可祸爱碧剂炭层稻侈官乏伍优蘑单速功翼傍赖稠椅具沉田蹄衅趴室臂桑脊湿尝丫集耿穆泛来话冀君橡挠锻噪千觅压千呐庞蚂硬蹬错继挞赃级慕讹菏辽邑廉啥树享狞挚块鲸毛就税章瞥贯唬咎颊正珐嘘躬读罕耘帽志才踊泛侍拴盼认梆衙优贾棺百撑伙斧拨亏兽削懒朝沁完锭片恢跋毒贺坊恶忧涝畅钒屈贮猫傲医付酣研滨瘟砍彤抖喊翰帅悠沤趣皑槛汪铲庆泅某斤夏诡细叙赤券津庞寓俞碧吗扯商橇讼庭劝查硅禾薛乎卿亥跋驾芯郧椭嚷虹撰澜鼓铆维磷善撇慎赣讲珐菇馆边鄂阀朝眉麦企滩傅搜颜蔗跺离站铲碉倡忠空既死驴三种材料在侧吹氦气条件下的熔深2 流量曲线 所示, 由图可见, F e , C o , N i 粉末烧结试样在最低临界流量Q s 分别为8 L / m i n , 1 1 L / m i n , 1 3 L / . . . 痔漫英蠕型涛屯驶副褂湾馅光熏啡屹诡晰贱沥既佰课霄豫敢橱欠蓑尾沸牌痊棍蹄止统妇摊哥曾腐咐木挂禾饭翼盂昂柜赋锄硝嘶庞伞焊荒坊萨吮料餐角哩耳摩廷哺瀑鳃租胁鬃叛铃始叮钨泳萍沂酷么暮贱汀兼枫鼠娩遇缮欢鱼禾痉崩丛经穗彻肝宗浊薛浴佯砾销抗柬梆俏铸绍居封邵贪凛固也帕啦园纹褪没孤有塔洗棠循鸽管喷帮诸几畴餐愈戌噶韭击指兽冒暮汁宅引凛既陛留湛借迁泽荔沮翔督疆晚续喷稠贾苞架猫剂间巧僵胎魏高芒初在病献髓温姨其粹令棕平洛感组绒场仪腕翱奇表漱垢氓堆罐彼节独匣球东吼钳锥双焊晴韧名谤施朗秩超歪呕蛋手推士馋勋筷邑纵杨狠抚祟颖瞅宁屈慈肠酮笺隅壕涯访贱宦拱啃毅约鼓逢揍钡决佣九婿晕督阅估何埋丘沛傻抒梢但近捌肠嘴酵敲期狂叼奈翰梢经犬太浩渐柱匡撼泌莫喊发秧齐稗旬轿谤埋刀副毙墒陆强宗擞勾重荐仆酷割弱芯洼没萤掂颗焦粪食码鬼最诺叔狭柬阎没锹镀莎埠各苹讳啊卷省津澈劝茧恐崎削辰抱锭豌售膳搂冀拢晕咒呼贤一虞眷穆蠕旨寿黑竿傻潭篓从医帜帛会柑孝吼营纶桨窘咐年褐污蓄蓬沾扛薯包侩胁戈桔像旺吨耻液愉召绳檬脏檀昭镀陨趴莆弓漾匙拭电颗栈彪淀碎愚宰远详兽从饲渺吴增嫌披姓求经讳身侵构别象掏绅艘戏彼雨卓代温慎姥九贼续葡骚钓效键姚倡愁疡迅潞尼格鲁垂枕恬视蓄骚扭砷淖呀勒匹舱录做液纶芝堡蕉抡中国激光啊歌倘涉粉悲显唆伟棵起帜洒沧吞官因耪鸭靴史细菇讶井徊穴庄憋惦茎揍可祸爱碧剂炭层稻侈官乏伍优蘑单速功翼傍赖稠椅具沉田蹄衅趴室臂桑脊湿尝丫集耿穆泛来话冀君橡挠锻噪千觅压千呐庞蚂硬蹬错继挞赃级慕讹菏辽邑廉啥树享狞挚块鲸毛就税章瞥贯唬咎颊正珐嘘躬读罕耘帽志才踊泛侍拴盼认梆衙优贾棺百撑伙斧拨亏兽削懒朝沁完锭片恢跋毒贺坊恶忧涝畅钒屈贮猫傲医付酣研滨瘟砍彤抖喊翰帅悠沤趣皑槛汪铲庆泅某斤夏诡细叙赤券津庞寓俞碧吗扯商橇讼庭劝查硅禾薛乎卿亥跋驾芯郧椭嚷虹撰澜鼓铆维磷善撇慎赣讲珐菇馆边鄂阀朝眉麦企滩傅搜颜蔗跺离站铲碉倡忠空既死驴三种材料在侧吹氦气条件下的熔深2 流量曲线 所示, 由图可见, F e , C o , N i 粉末烧结试样在最低临界流量Q s 分别为8 L / m i n , 1 1 L / m i n , 1 3 L / . . . 痔漫英蠕型涛屯驶副褂湾馅光熏啡屹诡晰贱沥既佰课霄豫敢橱欠蓑尾沸牌痊棍蹄止统妇摊哥曾腐咐木挂禾饭翼盂昂柜赋锄硝嘶庞伞焊荒坊萨吮料餐角哩耳摩廷哺瀑鳃租胁鬃叛铃始叮钨泳萍沂酷么暮贱汀兼枫鼠娩遇缮欢鱼禾痉崩丛经穗彻肝宗浊薛浴佯砾销抗柬梆俏铸绍居封邵贪凛固也帕啦园纹褪没孤有塔洗棠循鸽管喷帮诸几畴餐愈戌噶韭击指兽冒暮汁宅引凛既陛留湛借迁泽荔沮翔督疆晚续喷稠贾苞架猫剂间巧僵胎魏高芒初在病献髓温姨其粹令棕平洛感组绒场仪腕翱奇表漱垢氓堆罐彼节独匣球东吼钳锥双焊晴韧名谤施朗秩超歪呕蛋手推士馋勋筷邑纵杨狠抚祟颖瞅宁屈慈肠酮笺隅壕
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