将连续激光、脉冲激光分别与脉冲GMAW(熔化极气体保护焊)进行复合,研究了不同复合焊接模式下激光离子体与电弧等离子体的动态交互行为。研究结果表明:与连续激光+脉冲GMAW复合焊接模式相比,脉冲激光+脉冲GMAW复合焊接模式可以在激光平均功率较小的情况下获得更大的熔深;在复合过程中,当激光脉冲峰值出现的时刻错开电流峰值的上升期时,这一瞬态时刻等离子体的急剧膨胀现象可以得到抑制,激光能量的传输可以得到改善。

计算了常压下3 000～25 000 K范围内熔化极气体保护焊(GMAW)保护气体Ar, CO2, 82%Ar-18%CO2及其与Fe蒸汽的混合物的平衡成分。 上述气体被看作一种Ar-CO2-Fe等离子体, 等离子体中的39种粒子被分为5种主元粒子和34种非主元粒子。 根据化学方程, 非主元粒子由主元粒子表示以减少未知数的个数和求解量, 再利用牛顿迭代法对平衡方程进行求解, 最终实现了成分求解。 计算结果表明, Ar气随着温度升高依次发生一次电离和二次电离, CO2气体除了在高温时发生原子电离外, 在低温时(T<8 000 K)还存在CO2, O2, CO等分子的解离, 82%Ar-18%CO2混合气则既有解离又有电离。 Fe的加入会增加等离子体的电子密度, 特别是在15 000 K以下。 等离子体成分的确定为GMAW电弧等离子体辐射属性计算以及电弧中Fe蒸汽浓度的光谱测定奠定了基础。

多丝熔化极气体保护焊中, 由于电弧间的相互干扰, 电弧工作状态不稳定, 进而影响焊接过程稳定性和焊接质量。 基于Boltzmann作图法测量电子温度场和Stark展宽法研究了多丝工作条件下电弧的电子温度分布和电子密度分布, 结合高速摄影获得的定量化结果, 给出电弧间干扰的定量化分析。 光谱诊断结果表明双丝情况下, 当加入电弧工作电流大于原电弧时, 原电弧电子温度中心向新加入电弧稳定偏移, 而且偏向新电弧一侧电子密度明显增加, 而新电弧工作电流等于原电弧时, 电弧电子温度和电子密度分布都反映出原电弧工作状态不稳定。 三丝情况, 由于加入第三根电弧, 导致中间电弧电子温度分布变得复杂, 而其电子密度分布接近于单丝工作情况。

理解脉冲GMAW焊电弧物理的动态特性对解释这一焊接方法的内在机理及获取优化控制策略有重要意义, 通过在高速摄影前加窄带滤波片的方法研究了脉冲GMAW焊接过程中不同粒子的扩散行为, 同时采用光谱仪研究了不同状态下金属与蒸汽保护气氛谱线的强度分布信息, 采用气体状态方程、 等离子体准中性方程、 和Saha方程计算了脉冲GMAW焊接峰值和基值两种不同状态下的金属蒸汽浓度分布。 研究结果显示, 在峰值时刻, 金属蒸汽被约束在电弧中心1 mm左右的范围内, 当电流从峰值跳转到基值时刻, 金属蒸汽从中心扩散到电弧外围区域, 峰值时刻中心金属浓度约为75%, 而基值仅为35%左右。