激光焊接以高能流密度的激光束作為加熱熱源,可極大地提升焊接精度及效率。隨著新型大功率激光器的研發(fā)及應(yīng)用,進一步推動激光焊接在航空航天、核電、汽車等工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,激光焊接質(zhì)量優(yōu)化控制的重要性正變得日益突出。實際應(yīng)用中,常規(guī)連續(xù)激光焊接方法存在著焊縫成形控制難度大,易產(chǎn)生氣孔缺陷,激光熱源加熱熔化區(qū)域小而不適于熔合寬度較大的焊縫等問題,顯著影響激光焊接質(zhì)量。激光焊接質(zhì)量優(yōu)化可通過選擇合適的激光光斑尺寸及模式、光斑輪廓形狀整形、雙光束焊接等靜態(tài)調(diào)控方法,還可采用脈沖激光及擺動激光等動態(tài)調(diào)控方法。目前關(guān)于脈沖/擺動激光調(diào)控方式的研究并不系統(tǒng),相應(yīng)的焊接質(zhì)量優(yōu)化機制仍不明確。本文主要對脈沖/擺動激光焊接過程中激光能量分布規(guī)律、焊縫成形與氣孔缺陷、以及熔池熔化特性等開展系統(tǒng)的研究,進一步在激光能量分布調(diào)控的基礎(chǔ)上進行了窄間隙激光焊接質(zhì)量優(yōu)化研究。首先研究了脈沖激光調(diào)控方式中主要脈沖參數(shù)對激光能量分布規(guī)律的影響,并對比分析不同脈沖焊接條件對熔化特性及焊接質(zhì)量的影響。脈沖調(diào)控方式能從一個維度上改變激光能量分布形式,可通過改變脈沖頻率與占空比產(chǎn)生多種不同的激光能量分布形式。隨著脈沖頻率的增加,激光... 

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

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

激光與材料相互作用過程中不同效應(yīng)[8]

第1章緒論-3-激光與材料之間所產(chǎn)生的加熱效應(yīng)主要受激光能流密度及激光與材料之間相互作用時間影響，兩者之間存在著明顯的組合區(qū)間對應(yīng)著將會產(chǎn)生的加熱效應(yīng)，如圖1-2所示。圖1-2激光能流密度及作用時間對激光加熱機制的影響[9]Fig.1-2Effectoflaserenergyfluxandactiontimeonlaserheatingmechanism激光束與材料之間的相互作用機制是各種激光加工應(yīng)用的基礎(chǔ)，其主要受激光束自身特性、材料的性質(zhì)與狀態(tài)及加工環(huán)境等因素影響。如表1-1所示，列出了影響激光與材料之間相互作用的主要因素。表1-1激光與材料相互作用主要影響因素[10,11]Table1-1Maininfluencingfactorsofmaterialinteractswithlaserbeam類型變量激光參數(shù)工作模式（連續(xù)波、脈沖），波長（紫外、可見、紅外），激光強度（功率、能流密度），停留時間，入射角，光束輪廓（高斯、多模、平頂/尖頂），聚焦條件（正負離焦量），空間和時間相干性，光斑大小，激光光斑重疊尺寸，行間重疊尺寸，掃描速度，掃描重疊率，脈沖變量（脈沖波形、脈沖幅度、脈沖上升時間、脈沖下降時間、脈沖寬度即持續(xù)時間、脈沖占空比、脈沖重復(fù)周期、脈沖數(shù)），擺動變量（擺動幅度、擺動頻率、擺動軌跡）材料性質(zhì)光學(xué)：吸光率，透射率，反射率熱物理性質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù)，擴散系數(shù)，比熱容，熱膨脹系數(shù)，抗沖擊能力，相變溫度，熔點，沸點，密度，屈服強度，延性/脆性化學(xué)性質(zhì)：組成成分（溶質(zhì)、溶劑、雜質(zhì)），相結(jié)構(gòu)（非晶、晶態(tài)）、微觀結(jié)構(gòu)（組織形貌、晶粒尺寸、晶界、晶格缺陷、孔隙率），冶金反應(yīng)其他基材性能，基材溫度，表面粗糙度，材料厚度及結(jié)構(gòu)，加工環(huán)境（空氣/其他氣體/真空，磁場，超聲振動）

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-6-射過程能量損失較小而比較常見[19]。圖1-3以激光衍射能量損耗減小順序排列前六種激光光斑及能流密度分布[19]Fig.1-3Computedspotpatternsandtheoreticalbeamirradianceprofilesoflasermodesinorderofincreasingdiffractionlossforacircularlimitingaperture(a)Computedspotpatternswithlowestdiffractionloss,(b)Theoreticalbeamirradianceprofiles為了科學(xué)、客觀地評價激光器輸出光束的特性，人們提出了激光光束質(zhì)量的概念，用來評價激光器的空間光束特性。起初，人們主要是利用激光束聚焦光斑尺寸作為激光光束質(zhì)量的評價參數(shù)，具體地可以用功率通量法來定義激光光斑的尺寸，也是一種ISO推薦的定義光斑半徑的方法，在實際應(yīng)用中具有很重要的意義，其具體定義為：對于圓對稱光束，在垂直于光軸的平面內(nèi)，定義包含u%（一般將u%選取為211e，其約等于86.5%）激光束總功率的圓的半徑為光斑半徑。聚焦光斑尺寸方法雖然簡單，但仍存在一些問題，主要是對于一個特定的激光束聚焦光斑尺寸并不是一個固定不變的變量，而是隨著所用光學(xué)系統(tǒng)的不同而會發(fā)生改變，僅用聚焦光斑尺寸一個評價參數(shù)作為光束質(zhì)量判據(jù)是不準確充分的。直到20世紀90年代初A.E.Siegman學(xué)者提出了一種光束強度矩的理論，并在此基礎(chǔ)上定義了激光器的M2因子，用來表征不同類型激光器的光束質(zhì)量[20,21]。M2因子不但引起了人們的廣泛關(guān)注，同時ISO也在此基礎(chǔ)上制定了激光光束質(zhì)量參數(shù)評價和測量的國際標準，對于絕大多數(shù)激光器而言，M2因子是一個較好的反映激光束光束質(zhì)量的參數(shù)，其同時包含了光束的近場特性和遠場特性，因此也正在被廣泛采用，其具體的定義是實際激光束的光束參數(shù)積與理想的基橫模高斯光束的光束參數(shù)積之比，是一個無量綱的不?

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]50mm轉(zhuǎn)子鋼超窄間隙激光填絲焊接頭組織與性能[J]. 趙勇,王清曌,黃堅,吳毅雄.  中國激光. 2015(02)
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博士論文
[1]雙焦點光纖激光焊接特性及熔池行為研究[D]. 馬國龍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于納秒激光沖擊波效應(yīng)的金屬表面形貌與性能研究[D]. 戴峰澤.江蘇大學(xué) 2014
[3]鋁合金機身壁板結(jié)構(gòu)雙側(cè)激光焊接特征及熔池行為研究[D]. 楊志斌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[4]激光填絲焊的焊絲熔入行為及工藝研究[D]. 余陽春.華中科技大學(xué) 2010

碩士論文
[1]鈦合金/鋁合金脈沖激光焊接頭組織與力學(xué)性能研究[D]. 陳紀宇.吉林大學(xué) 2019



本文編號：2934469