一、等離子體的觀察與檢測

日本學(xué)者阿拉塔(Y. Arata) 等人采用X射線透射和高速攝影方法觀察了激光深穿透焊接過程中的小孔形狀、熔池中的金屬流動和等離子體的特殊運動。他們對等離子體的觀察是采用300~6000幀/s的高速攝影完成的。從中可以看到，盡管激光焊接激光功率密度保持恒定，但在鎖孔上方的等離子體仍呈現(xiàn)出起伏和不穩(wěn)定。當(dāng)鎖孔打開時，激光焊接熔池尾部的熔體被推向后方，熔池中心的熔體以1m/s (比鎖孔邊緣熔體更快)的速度流動，且在熔池尾部改變方向。快速流動的熔體被認為是由鎖孔前壁強烈的蒸發(fā)的反彈力所引起的。在這里值得注意的是，鎖孔上方的等離子體是激光作用保護氣體(例如Ar氣)形成的，在鎖孔內(nèi)的等離子體主要是激光作用金屬產(chǎn)生的金屬蒸氣電離化所致。隨著激光焊速增加，金屬蒸氣等離子體起伏的頻率增大。在鎖孔內(nèi)，金屬蒸氣等離子體改變等離子體的擴展角。即當(dāng)鎖孔較寬時，蒸氣等離子體向上直線擴展，而當(dāng)鎖孔尺寸較小時，蒸氣等離子體會向后傾斜。金屬蒸氣等離子體的起伏角會隨激光焊速的增加而變小。另一方面， 等離子體的起伏頻率也會隨激光焊速的增加而變大。在激光穿透焊接中，激光等離子體的起伏會引起激光焊接鎖孔的不穩(wěn)定，并會使激光焊縫產(chǎn)生氣孔，從而影響激光焊接的質(zhì)量。

在激光深穿透焊接中，當(dāng)不用輔助氣體時，強烈的等離子體以一個周期間隔地沿垂直表面方向噴射出來。實驗中觀察到兩種類型的等離子體，一種 為天藍色，靠近熔池表面;另一種為粉紅色，離樣品較遠。