科学激光的时间和光谱轮廓对钛焊接质量的影响( 六 ) 纳米

▲图17由实线表示的IPG1064c和IPG1071c激光器的光谱分布。符号(■)和(⊕)分别代表相应跃迁波长下Ti I和Ti II电子跃迁的较低能级能量

▲图18(a)由定制的IPG1064c激光器产生的羽流发射的高速图像的时间演变，该激光器具有1kW的激光峰值功率和1.5ms的脉冲持续时间。 (b)由定制的IPG1064c激光器在钛板上产生的相应激光光斑的光学显微镜图像

▲图19(a)由定制的IPG1071c激光器产生的羽流发射的高速图像的时间演变，该激光器具有1kW的激光峰值功率和1.5ms的脉冲持续时间。 (b)由定制的IPG1071c激光器在钛板上产生的相应激光光斑的光学显微镜图像5.结论为了了解激光焊接过程中对焊缝表面质量的影响，通过HSI和OES在氩气环境中大气压下研究了具有不同时间和光谱分布的激光与钛的相互作用。由于羽流成分对激光脉冲的再吸收，羽流动力学受到显著影响。中性钛原子是羽流中再吸收激光脉冲的主要物质，其光谱分布与Ti I的相应跃迁能量重叠。单电离钛原子对激光脉冲的再吸收可以忽略不计，这可能是由于较低能级的能量值所致。羽流亮度和温度随着再吸收过程速率的增加而增加。羽流物质对激光脉冲的再吸收导致烟羽膨胀速率和尺寸降低，这导致纯钛纳米颗粒在钛焊缝表面的形成和沉积增加，从而导致激光光斑周围变暗。通过定制不与Ti I跃迁能量重叠的激光光谱分布，可以避免焊缝表面出现的这种深色。如果激光光谱分布与许多具有低于3eV的较低能级能量值的Ti I跃迁重叠，则时间分布中的调制对羽流动力学和激光光斑周围暗色减少的影响可以忽略不计。这项研究有助于定制用于焊接不同金属件的激光器，具有不属于中性原子跃迁能区域的适当光谱分布。在激光焊接过程中，羽流中的中性原子不会对激光脉冲进行再吸收，从而使焊缝表面干净，最终可以节省后处理的成本和时间，从而提高焊缝表面质量。
▲图20该实验室所开展的工作
文章来源：Influence of temporal and spectral profiles of lasers on weld quality of titaniumOptics and Lasers in Engineering ， Volume 134 November 2020https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2020.106173参考资料：Laboratory for Advanced Materials Processing实验室网站

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