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光致等离子体对CO2激光能量的吸收、折射、反射等降低到达小孔的激光能量密度,改变激光与工件的能量耦合,进而造成激光焊接缺陷,如气孔、未熔透等。侧吹混合He-Ar气体是常用由于抑制等离子体的实验手段。基于热传导率、电负性、解离能、电离能等方面的考虑,He是最为理想的保护气体。在工业生产中,目前常常采用加大侧吹气体流量来抑制等离子体,但是我国氦气资源紧缺,价格昂贵,因此,研究侧吹气体He-Ar配比的对等离子体形态及行为的影响机理,对于提高焊接质量、节约生产成本具有重要意义。论文基于流体动力学理论,建立了用于分析侧吹保护气体流场的二维非稳态模型。通过模型,以纯He作为侧吹气体,改变喷嘴高度,喷嘴角度,喷嘴半径,以及气体流量等工艺参数,计算出流场中激光入射点处的静压力,横向流速以及He所占的比率,并以上述三个参数作为优化工艺参数的标准。通过计算,计算表明喷嘴角度的最佳范围为40°～55°,将喷嘴高度控制在6～12 mm较为合适,喷嘴在X方向上正对激光入射点最好,喷嘴在X方向上的最佳工作区间为-1.5mm0.5mm,喷嘴半径为3mm4mm比较利于流场控制。基于此优化区间,选定工艺参数,只改变侧吹He-Ar气体配比,分别为纯He, 75%He25%Ar和50%He50%Ar。计算三种不同侧吹气体He-Ar配比条件下激光入射点处的静压力,横向流速和He所占的比率。结果表明,随Ar含量的增加,静压力和横向流速随之增大,He所占的比率减小。论文建立了基于不同侧吹He-Ar气体配比下的激光-等离子体模型,综合考虑了等离子体对激光的吸收和折射作用。计算了不同成分等离子体在不同温度下的粒子密度,吸收系数,以及热力学性质和组分输运性质,这对于保证模型计算的准确性起到了很大的作用。计算了纯He,75%He25%Ar以及40%He60%Ar侧吹气体配比下等离子体的温度场、浓度场和速度场。结果表明,随Ar含量的增加,等离子体的高度降低,面积增大。同时,随着Ar含量的增加,整体流场速度增大,该速度的沿X方向的分量急剧增大,而在Z方向,速度分量变化不大。横向流速增大有利于流场对流散热,即可以解释为什么等离子体高度随Ar含量的增加而降低。同时,在不同He-Ar配比的等离子体温度场中,在x=0mm处沿z轴方向超过70%的区域温度低于16000K,也就是说等离子体中电子数密度和吸收系数主要受到Fe成分的影响,相对的He-Ar配比对其影响不大。进而在温度低于16000的区域对激光的作用差别不大。也可以解释为什么较低的He含量依旧能够获得较好的焊缝成型。论文采用国产船用CCSB钢板,基于高速摄影系统和Labview图像处理平台,对其进行激光深熔焊。试验结果表明,等离子体的高度随侧吹气体中Ar含量的增大而降低,面积随之增大。激光功率增大时,等离子体高度和面积均增大。此结果与激光-等离子体模型的结果一致。同时,随着侧吹气体中He含量的减少,焊缝的表面熔宽增大,熔深有所减小。