相對(duì)于各種監(jiān)視對(duì)象，激光器輸出和內(nèi)部波狀態(tài)，監(jiān)視波長取940nm,探測了脈沖斷開時(shí)熔化池的發(fā)光。從這個(gè)波長所使用的傳感器(硅光二極管)的光譜響應(yīng)特性和監(jiān)視對(duì)象的溫度變化范圍，根據(jù)普朗克輻射定律進(jìn)行波長選定解析，實(shí)際上又對(duì)各種波長進(jìn)行了監(jiān)視，最后選出靈敏度最好的監(jiān)視波長。關(guān)于焦點(diǎn)位置變化，抽出脈沖接通時(shí)YAG激光器的反射光，關(guān)于保護(hù)狀況的穩(wěn)定性，為了探測更高溫度時(shí)激光光圈的發(fā)光，把脈沖接通時(shí)400nrn的短波長光抽出。

5.2監(jiān)視結(jié)果

圖11示出焊接輸出的監(jiān)視結(jié)果與熔深深度的比較。從此結(jié)果中可以看出，熔深深度變化0.4mm時(shí)，就可探測到輸出功率100W左右的焊接變化。圖12示出焦點(diǎn)位置和YAG激光器反射光及熔深深度的關(guān)系。這里雖然采用焦點(diǎn)深度Bf=200mm的大透鏡，但是可以探測士4mm的熔深變化。圖13示出穿透和未穿透時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度變化。穿透焊接時(shí)，因?yàn)槿廴诮饘僭诎鍍?nèi)穿過，所以發(fā)光強(qiáng)度下降，于是就能探測到可以獲得穩(wěn)定的內(nèi)部波焊道的狀態(tài)。

圖11 焊接輸出的監(jiān)視結(jié)果

圖14示出由于保護(hù)氣體狀態(tài)變化，焊道發(fā)生氧化時(shí)每個(gè)脈沖的發(fā)光波形與保護(hù)氣體狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)的比較。從圖中可以看出，由于焊道發(fā)生氧化，光圈的發(fā)光強(qiáng)度增大。關(guān)于以上加工中的監(jiān)視信息，將根據(jù)加工對(duì)象的不同靈活使用。

圖14 保護(hù)氣體狀態(tài)的監(jiān)視結(jié)果

6混合激光焊接

為了進(jìn)一步擴(kuò)大激光焊接的用途，現(xiàn)開發(fā)了一種利用激光焊接和電弧焊接優(yōu)點(diǎn)的同軸TIG-YAG激光焊接方法。

6.1同軸TIG-YAG激光焊接

圖15示出同軸TIG-YAG激光焊接頭的外貌。這種焊接方法，是把從光纖射出的光束分開，將TIG焊極設(shè)置在其中央，使光束在TIG焊極頂端下方再次聚光，同軸向同一地方照射聚光光束和TIG弧光，進(jìn)行焊接。

對(duì)這一過程中的TIG弧光和YAG激光光束的相互作用進(jìn)行了研究，研究結(jié)果認(rèn)為弧光及光圈光束吸收可以忽略。圖16示出高速混合焊接時(shí)的弧光穩(wěn)定性與僅用TIG焊接的比較結(jié)果。

6.2同軸TIG-YAG激光焊接的效果

圖17示出相對(duì)焊接坡口縫隙余量的同軸TIG-YAG激光焊接的結(jié)果。僅用YAG時(shí)焊接坡口縫隙為0.4mm時(shí)，會(huì)產(chǎn)生咬邊。而同軸TIG-YAG激光焊接時(shí)焊接坡口縫隙可達(dá)0.8mm。圖18示出根據(jù)焊接焊道的斷面研究氣孔發(fā)生狀況的結(jié)果。因?yàn)楸Ｗo(hù)氣體中使用了Ar，所以僅采用YAG時(shí)不可避免在部分焊道中產(chǎn)生氣孔。而同軸TIG-YAG激光焊接可以控制氣孔的發(fā)生，如圖19所示，這是因?yàn)橥STIG-YAG激光焊接比單用YAG時(shí)栓孔上部的孔徑大，金屬蒸汽容易排出。

圖19 栓孔孔徑大小的比較

7 今后的發(fā)展

要想擴(kuò)大激光加工在厚板領(lǐng)域的應(yīng)用，必須使振蕩器實(shí)現(xiàn)高功率輸出，提高光束傳輸性能。高功率YAG激光器的應(yīng)用越來越廣，今后，應(yīng)加強(qiáng)加工質(zhì)量管理，重點(diǎn)開發(fā)加工過程中的監(jiān)視和相應(yīng)控制技術(shù)。但是，擴(kuò)大應(yīng)用也與激光器自身的最初成本有很大關(guān)系。今后，應(yīng)開發(fā)價(jià)廉的高輸出二極管抽運(yùn)YAG#p#分頁標(biāo)題#e#激光器或直接加工用的半導(dǎo)體激光器(LD)，以擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。