鋁合金以其比強(qiáng)度高、密度低等特性被廣泛應(yīng)用于汽車、高速列車、飛機(jī)等領(lǐng)域。激光焊接因熱輸入小、殘余應(yīng)力低和焊接速度快等優(yōu)勢(shì)在鋁合金焊接中受到重視。然而,鋁合金具有激光反射率高、熱膨脹系數(shù)大、液相表面張力低等特殊的物理化學(xué)特性,其激光焊接易出現(xiàn)氣孔、成形差等問(wèn)題,降低了接頭的力學(xué)性能,在工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。同時(shí),磁場(chǎng)輔助焊接技術(shù)在抑制缺陷、改善焊縫形貌及組織等方面效果顯著,在鋁合金激光焊接中應(yīng)用潛力很大。磁場(chǎng)輔助鋁合金激光焊接過(guò)程中,磁場(chǎng)與熔池的作用過(guò)程極其復(fù)雜,現(xiàn)有研究多側(cè)重于利用磁場(chǎng)抑制缺陷及改善焊縫性能,關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)焊縫形貌及組織影響機(jī)制的研究較少,磁場(chǎng)對(duì)熔池流動(dòng)和凝固行為的影響尚不十分清楚。因此,本文從熔池流動(dòng)和凝固行為的角度出發(fā),圍繞磁場(chǎng)對(duì)鋁合金激光焊接焊縫形貌和組織的影響機(jī)制開(kāi)展了較為深入的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,主要研究工作如下:(1)搭建了磁場(chǎng)輔助激光焊接實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究了關(guān)鍵工藝參數(shù)(激光功率、焊接速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度)對(duì)焊縫橫截面形貌、組織和力學(xué)性能的影響。研究表明:磁場(chǎng)能夠減小熔寬、增加熔深和腰寬,其中,腰寬受磁場(chǎng)的影響最為顯著;磁場(chǎng)能夠明顯改變焊縫柱狀晶組織形貌和過(guò)渡區(qū)寬度;... 

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磁場(chǎng)對(duì)電弧形貌和焊縫橫截面形貌的影響[38]（IA=160A，IW=90A，dw=18mm）

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文4熔池的流動(dòng)行為，11mT左右的磁場(chǎng)可以有效抑制下塌和咬邊缺陷（如圖1-1）。圖1-1磁場(chǎng)對(duì)電弧形貌和焊縫橫截面形貌的影響[38]（IA=160A，IW=90A，dw=18mm）Fig.1-1Effectsofmagneticfluxdensityonarcprofileandcrosssectionofweldbead[38](IA=160A,IW=90A,dw=18mm)山東大學(xué)的武傳松[12,36,37,39]課題組研究發(fā)現(xiàn)，在熔化極氣體保護(hù)焊接（Gasmetalarcwelding,GMAW）Q235低碳鋼過(guò)程中，磁場(chǎng)可以改變?nèi)鄢亓鲃?dòng)狀態(tài)進(jìn)而抑制駝峰缺陷，并進(jìn)一步研究了磁場(chǎng)抑制駝峰的作用機(jī)制。在焊接速度超過(guò)一定的閾值后，動(dòng)量很大的后向液體會(huì)導(dǎo)致焊縫缺陷（如咬邊、駝峰等缺陷）產(chǎn)生，使得焊縫成形比較差，降低焊接構(gòu)件的使用性能。圖1-2不同磁場(chǎng)作用下焊縫上表面形貌[12]：（a）B=0mT；（b）B=40mT；（c）B=60mT；（d）B=80mTFig.1-2Weldbeadmorphologiesatdifferentlevelsofmagneticstrength[12]:(a)B=0mT;(b)B=40mT;(c)B=60mT;(d)B=80mT在采用自主研發(fā)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置施加磁場(chǎng)后，磁場(chǎng)與焊接電流作用，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)方向，熔池中產(chǎn)生了指向焊接方向的洛倫茲力，該作用力與電弧壓力、熔滴沖擊力、

囊禾?鶚糇饔靡?鴝??緦鰨???緦髟儆氪懦∽饔貌??迓鬃攘Γ?米饔昧χ?接作用于液態(tài)金屬，改變?nèi)鄢氐牧鲃?dòng)行為，這一作用應(yīng)與磁場(chǎng)的方向無(wú)關(guān)。然而，Kern等人[42]研究發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)輔助CO2激光焊接中，焊縫形貌與磁場(chǎng)的方向密切相關(guān)，當(dāng)僅改變磁場(chǎng)的方向時(shí)，也會(huì)引起焊縫形貌發(fā)生很大的變化。這一現(xiàn)象與理論上分析的動(dòng)生電流與磁場(chǎng)作用引起的洛倫磁力作用機(jī)制明顯不一致，他們認(rèn)為熔池中產(chǎn)生了一種與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)的固有電流，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)間接確認(rèn)了固有電流的存在，最后他們提出假設(shè)，認(rèn)為這種電流來(lái)自于熱電效應(yīng)引起的熱電流。圖1-3CO2激光焊接中等離子體引起的電流測(cè)試[43]：（a）電流測(cè)試示意圖；（b）電流的測(cè)試結(jié)果Fig.1-3MeasurementofthepostulatedplasmadrivencurrentduringCO2laserbeamwelding[43]：(a)schematicdiagramofthecurrentmeasurement;(b)testresultsofthecurrent

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]焊接熔池凝固過(guò)程聯(lián)生結(jié)晶晶體學(xué)取向?qū)�性不穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)的影響[J]. 鄭文健,賀艷明,楊建國(guó),董志波.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]基于光纖激光的LY12鋁合金焊接試驗(yàn)分析[J]. 劉浩東,胡芳友,雷國(guó)強(qiáng),黃飛,崔愛(ài)永.  焊接學(xué)報(bào). 2017(07)
[3]外加磁場(chǎng)對(duì)不銹鋼激光熱絲焊的影響[J]. 趙澤洋,米高陽(yáng),張勛,王春明,胡席遠(yuǎn).  激光技術(shù). 2017(02)
[4]交變縱向磁場(chǎng)作用下MIG焊電弧行為研究[J]. 朱勝,王啟偉,殷鳳良,梁媛媛,王曉明,李顯鵬.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2011(11)
[5]微觀組織對(duì)2A12鋁合金熔焊接頭力學(xué)性能的影響[J]. 喬及森,余江瑞,茍寧年,袁小二.  焊接學(xué)報(bào). 2011(09)
[6]磁場(chǎng)電流對(duì)鎂合金焊接接頭疲勞性能的影響[J]. 蘇允海,溫小波,劉鐸,劉政軍.  焊接學(xué)報(bào). 2011(04)
[7]外加縱向磁場(chǎng)作用下的TIG焊接電弧[J]. 常云龍,楊旭,李大用,李多.  焊接學(xué)報(bào). 2010(04)
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[9]用自適應(yīng)熱源模型模擬深熔焊小孔的形成過(guò)程[J]. 張斌,趙海燕,蔡志鵬,雷永平.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(11)
[10]外加縱向磁場(chǎng)作用下的MIG焊電弧形態(tài)[J]. 常云龍,邵禮光,李多,李大用.  焊接技術(shù). 2009(05)

博士論文
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[2]鋁/鋼結(jié)構(gòu)增材連接界面行為及磁場(chǎng)作用機(jī)制研究[D]. 劉一搏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]Al-Cu合金焊接熔池凝固枝晶動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)機(jī)制的相場(chǎng)研究[D]. 鄭文健.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]萬(wàn)瓦級(jí)激光深熔焊接中金屬蒸氣與熔池耦合行為研究[D]. 李時(shí)春.湖南大學(xué) 2014
[5]二元合金定向凝固中內(nèi)生熱電流與外加磁場(chǎng)交互作用的研究[D]. 王江.上海大學(xué) 2014
[6]外加電磁場(chǎng)控制焊接變形及冷裂紋研究[D]. 徐達(dá).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[7]激光深熔焊接瞬態(tài)小孔和運(yùn)動(dòng)熔池行為及相關(guān)機(jī)理研究[D]. 龐盛永.華中科技大學(xué) 2011
[8]激光+GMAW-P復(fù)合熱源焊焊縫成形的數(shù)值模擬[D]. 胥國(guó)祥.山東大學(xué) 2009

碩士論文
[1]磁場(chǎng)輔助光纖激光焊接工藝研究[D]. 趙澤洋.華中科技大學(xué) 2016



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