激光電弧復合焊接技術集合了激光焊功率密度高、焊縫深寬比大、熱輸入及熱變形小、焊接速度快和電弧焊裝配精度低、能量利用率高、成本低的優(yōu)勢,成為了國內外焊接領域的研究熱點。為了充分利用激光焊和雙鎢極TIG焊的優(yōu)勢,本文提出了激光-雙鎢極TIG復合焊接方法,搭建了對應的試驗平臺,研究了該新型激光電弧復合焊的加熱過程,并對其電弧物理特性、熔池特征、熔孔形態(tài)、溫度場特征、焊縫組織及力學性能進行了深入的探索,為中小功率激光與TIG電弧的復合焊接技術拓展了新思路。利用攝像機獲取了復合焊接電弧形態(tài),并通過“小孔法”和電流電壓采集系統(tǒng)測量了電弧壓力及電流電壓信號。結果表明,激光的加入會使得雙鎢極TIG的電弧發(fā)生進一步收縮,電弧形態(tài)從雙高斯熱源整合變?yōu)樵獙毿螒B(tài)分布。耦合電弧的壓力分布呈近圓形,兩TIG電流、鎢極間距及焊接高度會影響電弧壓力的峰值及偏移情況。電弧靜特性曲線整體呈“U”形,兩TIG的電流對各自的電壓會產生交叉影響,且激光會使得導電通道變長。使用高速攝像機及熱成像儀采集了熔池、熔孔及溫度場信號并與激光-TIG旁軸復合焊接及雙鎢極TIG焊接進行了對比。結果表明,激光電弧復合焊接熔孔穩(wěn)定性高,熔池流速... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光-TIG旁軸復合焊接原理圖[40]

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-4-源特性和激光深熔對電弧帶來的集中引導作用，使得在高速焊接狀態(tài)下也可以得到穩(wěn)定的電弧及成形良好的焊縫，減弱了等離子屏蔽效應，提升了激光的利用率，同時激光可以壓縮穩(wěn)定電弧，提升電弧能量的利用率，減少了氣孔、咬邊等缺陷，形成一種全新、高效的復合焊接方法[39]。大連理工大學的劉黎明教授等人利用AZ31B鎂合金進行了激光-TIG復合焊接（LATIG）、激光焊接（LBW）、鎢極氬弧焊（TIG）的對比，原理如圖1-1所示[40]。結果表明，對于鎂合金來說，LATIG的焊接速度和穿透性均高于LBW和TIG，并且與單獨TIG相比LATIG的電弧穩(wěn)定性得到改善；LATIG的熔寬和晶粒尺寸介于LBW與TIG之間。圖1-1激光-TIG旁軸復合焊接原理圖[40]大連理工大學的宋剛等人研究了激光-TIG復合焊接技術在鎂/鋼異種材料連接上的應用及結合機理，原理如圖1-2所示。結果表明，隨激光功率增加，合金元素過渡層厚度及接頭抗拉強度也在增加，強度最大達到了208.1MPa，斷裂面主要呈現(xiàn)解理河流花樣，討論了界面層的組成及生長模型[41]。圖1-2激光-TIG復合焊接Mg/鋼示意圖[41]華中科技大學的陳鑫等人引入新的解耦方法及邊界處理方式，開發(fā)了一種新型三維數學模型模擬激光-TIG復合焊接過程中的匙孔動力學、熔池流動、金屬蒸汽、等離子體及其相互作用，并利用實際試驗數據進行對比，如圖1-3所示，結果顯示模擬結果與實際觀測和文獻數據表現(xiàn)了良好的一致性，為了解

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-5-激光與TIG相互作用機理和激光-TIG復合焊接的廣泛應用奠定了基礎[42]。圖1-3模擬預測焊縫截面與實際焊后對比圖：(a)激光與鎢極尖端距離3mm;(b)激光與鎢極尖端距離3mm[42]哈爾濱工業(yè)大學的陳彥斌教授等人于1995年研究了激光-TIG同軸復合焊接，設計了一種激光穿過空心鎢極的復合焊接方式，設備原理示意圖如圖1-4所示，進行了一系列的試驗，得到了激光-TIG同軸復合焊接熔深熔寬的變化規(guī)律[43]。結果表明，激光從電弧低電流密度區(qū)穿過后進入工件，減少了激光能量的消耗，復合熱源分布更加均勻，焊縫成形優(yōu)良。圖1-4激光-TIG同軸復合焊接裝置示意圖[43]1.3.2激光-PAW復合焊接等離子弧焊接（PAW）相比于TIG焊接具有熱作用區(qū)域窄、能量密度高、方向性強、引弧電流低、電弧穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，同時由于其鎢極在噴嘴內部，可以有效防止金屬蒸汽、飛濺等對其帶來的污染，以上特性使得等離子弧與激光復合焊接具有一些獨特的優(yōu)勢，因此激光-PAW復合焊接也越來越受到人們的重視[44]。德國漢堡工業(yè)大學的NikolaiPetri等人研究了激光-PAW復合焊接中激光功率，等離子氣流速，焦點位置以及焊槍角度和焊接方向等變量對S235JR鋼

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2926906