【摘要】：304不銹鋼主要得益于其良好美觀的表面和優(yōu)異的耐蝕性能及強度,得到越來越廣泛的應用。光纖激光焊接具有高功率和高效率等優(yōu)點,可以更高效率地獲得成形優(yōu)良和高質量的焊縫,因此304不銹鋼的光纖激光焊接得到越來越深入的研究。前期實驗中發(fā)現,對薄板不銹鋼光纖激光焊接而言,焊縫背面金屬飛濺的產生和接頭成形狀態(tài)不夠良好是最主要的焊接缺陷,會嚴重影響焊縫美觀和表面的耐蝕性能,特別是對于不銹鋼管焊接而言,背面飛濺難以清理,極大地限制其使用范圍。因此,對薄板不銹鋼激光焊接過程中背面飛濺的形成機理研究和調配合適的工藝參數以降低甚至避免飛濺的產生具有極為重要的意義。在相同下能量下,對2mm不銹鋼在不同焊接速度和激光功率匹配的光纖激光焊接形成的飛濺和釋放的光譜信號進行采集,并研究其焊接接頭的成形及表面耐蝕性能。結果表明:隨焊接速度的提高,焊縫上表面熔寬減小,下表面熔寬逐漸增大;背面金屬飛濺的數量和尺寸顯著升高,金屬蒸汽從焊縫背面噴出和下淌熔池振蕩是造成大顆粒飛濺的主要原因;等離子體特征譜線強度逐漸增大而電子溫度有下降趨勢;焊縫區(qū)和飛濺區(qū)會降低表面的耐蝕性能,飛濺位置在電化學腐蝕后呈現小而深的蝕孔,蝕孔大小和飛濺尺寸密切相關。對焊接速度為5m/min和6m/min的焊接過程,通過改變入射激光方向和離焦量實現焊縫成形和背面金屬飛濺量的變化。試驗結果表明:光沿焊接方向正向入射時,增加正離焦量有利于減少匙孔下方的金屬蒸汽噴發(fā)量,有助于在高速焊接時降低焊縫背面的金屬飛濺量,有利于改善接頭成形;激光反向入射時對焊縫下表面熔寬影響較小,對熔池干擾更強烈,會增加背面飛濺的產生。本文結合焊接接頭成形和背面金屬各類飛濺形成的條件,提出了不同焊接速度和激光功率下的熔池流動和金屬蒸汽變化模型,分析了薄板激光焊接背面飛濺形成的機理,分析了離焦量和入射激光角度對熔池流動的作用機制。
【圖文】：

SUS304 不銹鋼以其良好的表面美觀性、耐蝕性以及機械特性，在生物工航空、常壓容器等領域中得到越來越廣泛的應用[1]，也大量應用于汽車行業(yè)排氣系統(tǒng)、車架、裝飾、燃油箱等[2]。激光是原子核電子受激輻射經光放大而形成的光輻射，由于其具有的高光方向性、單色性和相干性等特點使激光技術就得到蓬勃發(fā)展，如激光焊接技激光切割技術等�，F在使用的光纖激光器使用的增益介質是摻稀土元素的玻纖，在泵浦光的作用下，吸收了光子能量的稀土離子發(fā)生能級躍遷，造成激作物質的激光能級“粒子數反轉”，反轉粒子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時以光子的釋放能量，，形成激光[3]。激光器也由于它的高效率、高功率、高光束質量受來越多的關注與青睞，逐漸成為理想的焊接熱源[4]。隨著激光加工技術的發(fā)展，其在汽車制造領域中也得到越來越廣泛的應由于其高效和精準性，可極大地改善汽車產品更新周期長的問題。根據統(tǒng)計車車身制造過程中使用激光技術，可使汽車生產周期縮短 50%，節(jié)省約 60%車身開發(fā)模具和 70%的夾具，減少 20%的白車身重，白車身總體質量以及制度得到顯著的提高[5]。在車身制造中激光加工技術的使用范圍如圖 1-1 所示。

上海交通大學碩士學位論文激光焊接具有能量密度高、單位焊接熱輸入小、焊接變形小、焊縫深寬接參數易于控制等特點，廣泛地應用于不銹鋼的高速焊接。光纖激光器結O2激光器高光束質量和 YAG 激光器波長短、可光纖傳輸等優(yōu)點，得到了泛的應用。但由于光纖激光焊接能量密度高，材料蒸發(fā)強烈，引起焊接熔孔劇烈波動，會導致焊接過程中產生大量金屬飛濺[6]。本課題進行過程當焊接收集到的飛濺狀態(tài)如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG457.11

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