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真空科学与技术学报 2024年第6期44卷 521-528页

作者：李平川张帆张正浩李箫波唐德礼核工业西南物理研究院成都610207 中核同创(成都)科技有限公司成都610207

通过三维粒子数值模型对现有磁控溅射源结构中氩辉光放电的等离子体行为和分布特征进行了模拟,从而得到靶材利用率和能量利用率的信息。离子轨迹、离子能量和离子入射角分布的分析结果表明,由于电势的空间分布影响,放电电压从260 V增加... 详细信息

通过三维粒子数值模型对现有磁控溅射源结构中氩辉光放电的等离子体行为和分布特征进行了模拟,从而得到靶材利用率和能量利用率的信息。离子轨迹、离子能量和离子入射角分布的分析结果表明,由于电势的空间分布影响,放电电压从260 V增加到340 V,使得轰击离子比例从80%降低到67%。由于离子向靶材移动和远离靶材都会得到加速,过高的放电电压不利于提高能量利用率。另一方面,提高放电电压有利于离子以更高的平均动能撞击靶材,有利于提高溅射产额。因此,根据工作压力选择合适的放电电压是提高电源效率的有效途径。通过离子溅射位置分布与靶材实际侵蚀剖面图的对比,验证了仿真模型的可靠性,对磁控溅射源的优化设计具有一定的参考价值。

关键词：磁控溅射数值仿真等离子体行为靶材利用率能量利用率

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TC4钛合金激光焊接变形与光致等离子体的行为研究

TC4钛合金激光焊接变形与光致等离子体的行为研究

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作者：应业勇湖南大学

学位级别：硕士

TC4钛合金由于具有较高比强、耐腐蚀性、耐高温、材料轻等优势而广泛应用于航空航天等行业。但TC4钛合金焊接易出现变形大及焊接未熔透等问题,此外,焊接过程中产生的光致等离子体与焊接稳定性及焊接质量都有着密切的联系。基于此,本文... 详细信息

TC4钛合金由于具有较高比强、耐腐蚀性、耐高温、材料轻等优势而广泛应用于航空航天等行业。但TC4钛合金焊接易出现变形大及焊接未熔透等问题,此外,焊接过程中产生的光致等离子体与焊接稳定性及焊接质量都有着密切的联系。基于此,本文展开了对TC4钛合金激光焊接变形控制及光致等离子体的行为研究。首先,为了减小TC4钛合金薄板激光焊接纵向变形,本团队提出了一种采用同步气体冷却法(SGCM)减小焊接变形,然而对于其减小焊接变形的机理仍有待研究。本文建立了常规激光焊接和SGCM激光焊接的模型,对比分析了常规激光焊接和不同参数下SGCM焊接的瞬态温度场、残余应力及变形,从而揭示了SGCM对焊接纵向挠曲变形、纵向残余应力的影响。实验测得焊后变形与模拟所得变形结果吻合较好。当激光束与热沉间距为10 mm,平均换热系数为360W/(m2·K)时,SGCM焊接较常规焊接能减小变形量达71%,纵向残余应力减小21%,纵向塑性应变减小14%。此外,相对于常规焊接而言,采用SGCM焊接获得的焊缝初始β相及马氏体α′相变得细小。其次,论文采用高速相机观察钛合金激光焊接产生的等离子体/金属蒸气形貌变化特征。随着激光功率由700 W增大到1200 W,等离子体/金属蒸气平均质心高度先减小后增大;随着侧吹保护气体流量的增大,等离子体/金属蒸气平均质心高度下降,平均摆角增大。等离子体/金属蒸气呈现一定周期波动特征,波动周期大部分集中在4000 Hz以下。等离子体/金属蒸气由小孔喷发,同轴拍摄小孔发现小孔面积亦有相似的波动周期性,通过协方差矩阵法研究两者变化频域的相关性,研究发现两者均在周期为2000 Hz区域附近有很高的相关度。从而从统计学角度证明了等离子体/金属蒸气的周期性波动是由小孔周期性波动引起的。最后,论文分析了TC4钛合金激光焊接产生的光致等离子体的光谱特征,为了提高等离子体的参数计算精度,去除光谱图中的背景谱线,并对谱线进行归一化处理。当激光功率从650 W增大到1000 W时,计算得到等离子体电子密度为0.64×1016–1.4×1016 cm-3,电子温度范围为6100–7000 K,并建立了等离子体电子温度与焊接熔深及熔透性的关系。本文通过对钛合金激光焊接变形控制及光致等离子体的行为的研究,为减小焊接变形、焊接未熔透等焊接缺陷及焊接质量实时监测提供了科学方法和理论依据。

关键词：激光焊接变形控制等离子体行为相关性分析 TC4钛合金

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