激光+MIG复合热源一体化焊枪研制(2)
1.1.1原理
如图1.1所示，激光和MIG电弧复合，共同作用于工件表面同一区域。当激光辐射密度小于106W/cm2时，我们通常称之为激光热导焊，热导焊与由于激光功率小，熔深浅，焊速低，与普通电弧焊接差别不大，不在复合焊的研究范围之内。当激光辐射大于106W/cm2时，我们称之为激光深熔焊，金属材料表面吸收激光能量后温度升高，表面开始熔化 、随着吸收能量的增加，材料表面开始汽化，产生的蒸汽反冲压力将已经融化的母材压出，母材被压出的地方形成一个小坑，激光束可无障碍的入射到小坑的底部，吸收激光能量的金属不断蒸发，不断带走熔融金属，小坑越来越深，光束也进一步深入当激光的辐射照度大于某一值时，最终形成小孔，此值称为临界辐射照度，也是激光深熔焊必需的最低辐射照度。同时在小孔周围充满因高温蒸气部分电离而成的等离子体，小孔出口上方也形成一定范围的等离子体云。
加入MIG电弧后，由于电弧的等离子密度相对于激光致等离子体来说很小，故激光致等离子体被不断地稀释，激光入射的障碍不断减小，使得激光的传输效率大幅提高，另一方面，MIG电弧对母材进行加热，使其温度升高，对激光的吸收效率提高，焊缝熔深更深[7]。同时，激光辐射作用产生的母材金属蒸汽部分进入到电弧区域，为电弧提供部分自由电子，而且由于光致等离子体渗入到电弧的等离子体中，提高了其等离子体的密度[8]，使得MIG电弧中的自由电子密度再次提升，电阻降低，电弧的能量利用效率也得到提高。激光电弧二者相互影响，产生协同效应，能量利用效率都得到提升，焊缝成形效果也显著提高。
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