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等离子体对激光束的屏蔽机理

2022-02-12

一、等离子体对激光束的屏蔽机理


在激光深穿透焊接中,低密度等离子体,即激光维持燃烧波(LSC) 有利于材料表面对激光的吸收;而致密的等离子体,即激光维持爆发波(LSD) 对激光有吸收、散射等屏蔽作用。CO2激光对应的等离子体的临界电子密度约为1019cm-3, 而CO2激光焊接时的光致等离子体电子密度为1015~1017数量级,因此焊接时激光可在其诱导等离子体中传播,但等离子体并不是一种完全透明介质,当激光在等离子体中传播时,激光强度逐渐减弱。等离子体对激光的吸收主要为逆韧致辐射吸收。


等离子体对激光束的屏蔽机理


Rockstroh等人研究了Ar气气氛下,连续CO2激光作用铝靶时等离子体对激光的吸收率。当激光功率为5kW,靶移动速度为0. 3m/min时,等离子体对激光的吸收率为20. 6% ;当激光功率为7kW时,吸收率为31.5%。


等离子体对激光的吸收并不是屏蔽激光的唯一机理。 等离子体还对激光产生散射,它的机理较复杂。研究者认为散射是由于等离子体形成时金属蒸气原子凝聚后形成了超细微粒子(UFP), 粒子的平均尺寸低于人射激光波长,且对同样尺寸下的超细微粒子,激光波长越短,越容易被散射。所以等离子体对YAG激光的散射比对CO2激光要强。


等离子体减弱激光能量的第三个原因是等离子体对激光的折射。高功率CO,激光穿透焊接中,等离子体除了吸收和散射部分激光能量外,还会对激光产生折射,使入射激光束聚焦状态发生变化,对焊接过程产生重要影响。

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