304不銹鋼以優(yōu)良的耐蝕性能和良好的機械加工性能而在核電工業(yè)中得到廣泛的應用。對304不銹鋼大型結構厚板的焊接,成為核電裝備制造中的一道關鍵的技術。傳統(tǒng)的弧焊焊接變形大,焊工的勞動強度大,效率低。高功率激光深熔焊技術在包括核電裝備在內的大型結構制造業(yè)中得到推廣應用。激光深熔焊具有大的深寬比、小的熱影響區(qū)及焊接變形、高的效率等優(yōu)點,而高功率的光纖激光由于光束質量高及加工柔韌性好等特點在厚板的焊接領域中受到廣泛關注。然而,使用高功率激光焊接304不銹鋼厚板時,由于激光能量的損耗,焊接熔深會受到一定程度的影響;另外,焊接時會有飛濺、氣孔、焊縫背部焊瘤等缺陷的產生,對焊縫成形和焊縫質量造成極大影響�；谏鲜鰬帽尘昂蛯嶋H焊接時所存在的問題,本文對高功率光纖激光焊接304不銹鋼能量的利用和損耗進行計算,揭示小孔所吸收的能量對焊縫尺寸的影響規(guī)律;提出提升激光能量利用率及焊縫熔深的方法,對相關機理進行闡釋;對缺陷產生進行研究,闡明不同條件下缺陷的產生規(guī)律,采取措施抑制缺陷。通過本文的研究,為光纖激光焊接厚板在工業(yè)中的應用提供實際和理論的指導。首先,研究光纖激光焊接304不銹鋼時焊接模式從熱導焊轉變?yōu)?.. 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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光纖激光焊接時不同羽煙高度下所對應焊縫的熔深[50]

4圖 1-2 不同壓強下光纖激光焊接（a）金屬羽煙，（b）焊縫截面[59]he weld plume and (b) cross-section of the fiber laser welding under differe等[62-63]比較了深熔小孔對于激光波長為 1μm 和 10μm 的激光的孔對于光束的吸收率要大于波長較大時的吸收率，所以同樣焊接以得到更大的熔深。Kawahito 等[64]用不同激光斑點光束直徑進μm、360μm、580μm、1500μm，結果如圖 1-3(a)所示，可以看 時，光斑直徑越小，焊縫的熔深越大。對于不同功率對熔深的光的吸收率進行了計算[65]，結果如圖 1-3(b)所示，隨著功率的增

圖 1-3 （a）不同激光斑點下光纖激光焊接的熔深變化[64]，（b）不同激光功率下焊縫熔深的變化[65]Fig. 1-3 (a) Effect of beam diameter on penetration depth of weld bead with the fiber laser of 10kW[64]and(b) effect of laser power on penetration depth[65]Katayama 等[66]對不同速度下的焊接過程進行詳細觀察，對相應的激光吸收率進行分析，結果如圖 1-4 所示�？梢钥吹剑杆僭降�，小孔對光束的吸收率越大。在焊速為2m/min 時的吸收率為 84%，焊速為 15m/min 時的吸收率為 68%。這是因為不同的焊速下，光束的作用中心和小孔的相對位置不同。焊速較低時，光束基本可以完全到達小孔中而被吸收；而焊速較高時，相當部分的光束被小孔前面的固體吸收，降低小孔對能量的吸收率。圖 1-5 顯示了不同焊速下的焊縫成形及焊縫截面，焊速的增大，不僅使熔深降低，焊縫表面成形的影響也比較大，特別是焊接速度增大到 10m/min，有較大飛濺生成，焊縫表面塌陷。Wang 等[67]在不銹鋼的激光焊時施加磁場，使得焊縫的熔寬降低 20%，熔深增加18%。許多學者[68-69]還借鑒了活性鎢極氣保焊(A-TIG)的技術，提出了使用活性劑提升激光熔深的焊接方法。結果發(fā)現(xiàn)，活性劑的加入可以在表面張力作用下使熔池得到向內的

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本文編號：3305988