超高功率光纤激光深熔焊接超厚板缺陷产生机理和抑制方法研究

万瓦级光纤激光器进入使我国解决战略需求超厚板大型关键部件的精密连接出现曙光。国内外对高功率密度和高能量输入激光深熔焊接超厚板复杂物理过程和焊接缺陷产生机理尚不清楚。基于我们发明的"三明治"方法，采用高速摄影观测超细长小孔形状、孔外等离子体形态和缺陷产生时熔池、小孔和等离子体周期性变化过程，采用光谱仪测量孔内外等离子体的光谱特征；数值计算分析超细长小孔和熔池传热、传质及气体动力学和流体力学行为，计算超细长小孔孔壁多次反射吸收和等离子体反韧致辐射吸收，分析小孔孔壁上各处能量平衡和压力平衡，揭示超细长小孔稳定存在的机理；模拟仿真缺陷产生时熔池失稳状态并与缺陷产生实际过程对比。结合理论分析、数值建模和试验观测，建立超高功率光纤激光深熔焊接超细长小孔效应理论，提出抑制孔外等离子体超大云团的新方法，揭示飞溅、塌陷、驼峰和焊不透常见缺陷产生机理并提出相应抑制新方法。项目成果直接应用到大型关键部件焊接。

万瓦级光纤激光器进入使我国解决战略需求超厚板大型关键部件的精密连接出现曙光。国内外对高功率密度和高能量输入激光深熔焊接超厚板复杂物理过程和焊接缺陷产生机理尚不清楚。基于我们发明的"三明治"方法，采用高速摄影观测超细长小孔形状、孔外等离子体形态和缺陷产生时熔池、小孔和等离子体周期性变化过程，采用光谱仪测量孔内外等离子体的光谱特征；数值计算分析超细长小孔和熔池传热、传质及气体动力学和流体力学行为，计算超细长小孔孔壁多次反射吸收和等离子体反韧致辐射吸收，分析小孔孔壁上各处能量平衡和压力平衡，揭示超细长小孔稳定存在的机理；模拟仿真缺陷产生时熔池失稳状态并与缺陷产生实际过程对比。结合理论分析、数值建模和试验观测，建立超高功率光纤激光深熔焊接超细长小孔效应理论，提出抑制孔外等离子体超大云团的新方法，揭示飞溅、塌陷、驼峰和焊不透常见缺陷产生机理并提出相应抑制新方法。项目成果直接应用到大型关键部件焊接。