激光焊接保护气流态研究：纹影法观测与分析

"纹影法激光焊保护气流态 (2007年)，北京工业大学学报，陈铠，胡治华，黄瑞，李明星，肖荣诗" 本文详细探讨了激光焊接过程中保护气体喷嘴的气流状态，以及如何通过纹影法进行观测和分析。纹影法是一种光学检测技术，常用于研究透明介质（如气体）的流动特性。在激光焊接中，保护气体的作用是保护熔池，防止氧化和杂质引入，从而保证焊接质量。作者采用双反射式纹影仪对激光焊接喷嘴在非工作状态（冷态）下的气流形态进行了系统观测。 研究表明，对于单层保护气喷嘴，当雷诺数（Re）控制在400~700之间时，可以得到良好的层流长度和气流挺度。雷诺数是判断流体流动状态的重要参数，它反映了惯性力和粘性力之间的关系。在这个范围内，气流能够更有效地覆盖并保护焊接区域。而双层保护气喷嘴在自由射流时，若内外层气流的雷诺数相近，可以实现综合性能的最佳状态，这有助于提高保护效率和焊接质量。 文中提到，层流状态对于保护气体的效果至关重要，因为层流可以提供更稳定的保护层。层流长度、气流挺度和束流直径是决定保护效果的关键参数，这些参数与喷嘴的结构设计紧密相关。然而，由于保护气体通常是透明的，直接观察其流动状态非常困难。因此，传统的喷嘴设计方法主要依赖于经验、喷嘴效果的观察以及焊缝缺陷分析，这种方法存在较多不确定性和较长的改进周期。 采用国产WWY-200纹影仪进行实验，该设备包括12V的150W卤素灯、镀铝球面反射镜和镀铝平面镜，能生成平行光进行纹影成像。实验结果显示了几种常见保护气喷嘴和保护气帘的气流形态，为激光焊接喷嘴的设计和优化提供了直观的依据。 这篇论文为激光焊接领域的保护气体喷嘴设计提供了新的理论基础，通过纹影法的运用，可以更精确地理解和控制保护气体的流动特性，有助于优化焊接工艺，提高焊接质量和生产效率。这一研究对于工程技术人员在调整工艺参数和改进喷嘴结构时具有重要的参考价值。