一、等离子体的观察与检测

日本学者阿拉塔(Y. Arata) 等人采用X射线透射和高速摄影方法观察了激光深穿透焊接过程中的小孔形状、熔池中的金属流动和等离子体的特殊运动。他们对等离子体的观察是采用300~6000帧/s的高速摄影完成的。从中可以看到，尽管激光焊接激光功率密度保持恒定，但在锁孔上方的等离子体仍呈现出起伏和不稳定。当锁孔打开时，激光焊接熔池尾部的熔体被推向后方，熔池中心的熔体以1m/s (比锁孔边缘熔体更快)的速度流动，且在熔池尾部改变方向。快速流动的熔体被认为是由锁孔前壁强烈的蒸发的反弹力所引起的。在这里值得注意的是，锁孔上方的等离子体是激光作用保护气体(例如Ar气)形成的，在锁孔内的等离子体主要是激光作用金属产生的金属蒸气电离化所致。随着激光焊速增加，金属蒸气等离子体起伏的频率增大。在锁孔内，金属蒸气等离子体改变等离子体的扩展角。即当锁孔较宽时，蒸气等离子体向上直线扩展，而当锁孔尺寸较小时，蒸气等离子体会向后倾斜。金属蒸气等离子体的起伏角会随激光焊速的增加而变小。另一方面， 等离子体的起伏频率也会随激光焊速的增加而变大。在激光穿透焊接中，激光等离子体的起伏会引起激光焊接锁孔的不稳定，并会使激光焊缝产生气孔，从而影响激光焊接的质量。

在激光深穿透焊接中，当不用辅助气体时，强烈的等离子体以一个周期间隔地沿垂直表面方向喷射出来。实验中观察到两种类型的等离子体，一种 为天蓝色，靠近熔池表面;另一种为粉红色，离样品较远。