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激光-电弧复合焊是在传统的电弧焊中加入激光束,其目的是融合两种热源各自优点,弥补各自不足。利用激光束能量密度高的特点,不仅增加了焊接深度,同时也提高了焊接速度。随着激光-电弧复合焊接在生产领域的发展,其优势受到广泛的重视,各国研究者也加紧了对激光-电弧的研究工作。数值模拟激光-电弧复合焊接中的LTE等离子体是一项重要的工作,因为等离子体直接和焊材接触,直接影响了焊接过程的稳定性和焊接质量。以前对LTE等离子体的数值模拟工作的重点在于对温度分布的研究,本文则模拟了激光-TIG电弧同轴复合焊接等离子体的二维截面温度分布、各种粒子密度分布以及辐射光谱。 首先,根据激光-TIG电弧等离子体对激光的吸收机制及磁流体力学的方程体系,模拟等离子体在不同焊接电流与不同激光耦合的情况下,形成等离子体二维截面的温度、粒子密度分布情况。模拟结果表明:在焊接电流较大、中心电流密度较高的情况下,等离子体温度也相对较高。这是因为在高温分布情况下,需要较高的能流密度来维持辐射的能耗。电弧与激光耦合后,复合等离子体温度升高,其中波长较长、光强较高的激光束使等离子体温度升高的更明显。这是因为等离子体对激光能量的吸收机制主要是逆韧致吸收,而逆韧致吸收对波长较长的激光束能量吸收更加明显。同样由于等离子体温度的升高,中心区域的离子和电子密度会增加,导致了电离度的增加。光强强度高的激光束与较小电流密度的耦合类似于激光与电弧的旁轴耦合,当与激光耦合之后,等离子体温度升高、电离度增大,从而使等离子体导电能力增强,验证了电弧对激光的吸引效应。 本文根据等离子体的辐射机制,模拟了在200nm-1400nm波长下等离子体辐射出的连续谱和线谱。为了充分研究等离子体辐射机制,辐射模拟的结果包括单位体积等离子体辐射和二维面辐射。单位体积等离子体的辐射与其本身温度和压强密切相关,模拟结果表明:温度较高时表征热辐射的连续谱增强,同时离子线谱辐射所占的比重也会增加。二维面的辐射主要是研究等离子体辐射与焊接参数的关系,与激光耦合之后等离子体辐射增强,特别是电流密度较小的情况下,连续谱和线谱都明显增强。