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激光焊接光致金属蒸汽/等离子体(羽辉)是反映焊接过程稳定性和物理特性的重要现象。对光致羽辉光谱进行采集和分析是一种深入了解激光焊接工艺特性和物理机制的新方法,但光纤激光焊接光致金属蒸汽/等离子体光谱特性缺乏系统的实验研究。为此,本文构建了一个光纤激光焊接光谱采集系统,并基于该平台研究了AA6061铝合金、Q235低碳钢和AZ31B镁合金三种材料光纤激光焊接光致金属蒸汽/等离子体羽辉的光谱特性。主要研究结果如下: 典型AA6061铝合金光致羽辉光谱由Al原子谱线、AlO自由基分子谱线和Mg原子谱线组成,谱线主要分布在380~550nm区间。当激光功率小于5kW时,铝合金光致羽辉为金属蒸汽,其光谱强度随激光功率增加而缓慢增加;当激光功率大于5kW后,羽辉内Mg元素被电离,此时羽辉为等离子体,光谱强度呈指数型增长。 对AA6061铝合金光致羽辉而言,Ar保护气体在激光功率小于5kW时降低光谱强度,其作用在流量大于10l/min时趋于稳定;在激光功率大于5kW后反而增强光谱强度,其作用在流量大于5l/min后趋于稳定。但是,He和N2保护气体则在本实验所有参数范围内都能够有效降低光致羽辉光谱强度。 AZ31镁合金和Q235低碳钢光致羽辉在本实验所有参数下都表现为金属蒸汽。其中,镁合金光谱由Mg原子谱线和MgO分子谱线组成;低碳钢光谱以Fe原子谱线为主,在403nm附近有少量Mn的原子谱线。镁合金羽辉光谱强度随激光功率的增加先增加后减少,在激光功率为2.5kW时达到最大值。Q235光致羽辉光谱强度随激光功率的增加而增加,但随焊接速度保持稳定。 总结发现不同材料体系的光致羽辉光谱特性的共性特征为光纤激光焊接光致羽辉对激光能量的逆韧致吸收率很低,难以电离其中的粒子,从而主要由金属蒸汽组成;差异性主要表现为不同材料光致羽辉的光谱强度随工艺参数的变化规律不同。