發(fā)布時(shí)間：2020-08-31 13:03

　　 由于激光深熔焊接模式具有熱輸入量小、焊接精度高、殘余應(yīng)力低、深寬比大、易于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn),在厚板焊接領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景,但是目前對于高功率激光深熔焊接厚板工藝和缺陷產(chǎn)生機(jī)理及抑制手段方面尚待深入研究,尤其是高功率激光全穿透焊接15 mm以上的厚板時(shí)容易出現(xiàn)的塌陷問題,目前解決的手段有限,阻礙了激光焊接厚板的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。為了有效解決厚板焊接中容易出現(xiàn)塌陷缺陷的問題,本文搭建了擁有高速相機(jī)系統(tǒng)的基于底部氣壓法的高功率激光焊接厚板試驗(yàn)平臺(tái),以16 mm厚的316L不銹鋼和20 mm厚的316LN不銹鋼為試件開展了厚板激光焊接試驗(yàn)研究。(1)介紹了高功率激光焊接厚板的優(yōu)勢和目前的研究現(xiàn)狀及存在的問題,闡述了目前針對厚板焊接過程中出現(xiàn)的熔池塌陷問題的解決方案及其缺點(diǎn)。搭建了擁有高速相機(jī)系統(tǒng)的基于底部氣壓法的高功率激光焊接厚板試驗(yàn)平臺(tái)。(2)借助高速相機(jī)拍攝系統(tǒng)觀測了無輔助支撐條件下厚板焊接過程中塌陷的形成過程,并認(rèn)為塌陷產(chǎn)生的原因主要是由于熔池下表面的表面張力無法平衡其受到的重力和動(dòng)壓力,但在不同材料焊接過程中的動(dòng)壓力在產(chǎn)生塌陷的原因上所起的作用不同;通過采用本文提出的底部氣壓法實(shí)現(xiàn)了對熔池塌陷的良好抑制效果,分析了底部表壓力的大小對焊接過程的影響規(guī)律,表明當(dāng)?shù)撞勘韷毫Φ扔谥亓r(shí),焊縫成形質(zhì)量最高;在不同的融透狀態(tài)下及焊接接頭存在間隙的情況下底部氣壓法都得到了良好的應(yīng)用。(3)基于單因素變量試驗(yàn)方案,研究了激光功率、離焦量和焊接速度對表面飛濺、焊縫均勻等表面成形質(zhì)量和熔深、熔寬等橫截面成形質(zhì)量的影響規(guī)律,通過優(yōu)化工藝參數(shù)得到了成形質(zhì)量較高的焊接接頭。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG456.7
【部分圖文】：

背景及意義原理自從 1916 年被愛因斯坦發(fā)現(xiàn)后，到 1960 年激光被首次有了激光這一極高質(zhì)量的光源，它開創(chuàng)了一系列的新興研們有效地利用先進(jìn)方法獲得空前的成果，從而促進(jìn)生產(chǎn)力、通信等眾多行業(yè)造成重大的影響。隨著科技的進(jìn)步，激于傳輸控制、適應(yīng)性好等眾多優(yōu)點(diǎn)被不斷發(fā)掘應(yīng)用[1,2]。接是激光技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。其具有熱輸入量小、焊、深寬比大、易于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的開發(fā)應(yīng)和結(jié)構(gòu)特殊的焊接領(lǐng)域，目前已成功應(yīng)用在航空、車輛、領(lǐng)域，受到世界各地的重視[3,4]。依據(jù)焊接過程中傳熱機(jī)制為激光熱傳導(dǎo)焊接與激光深熔焊接兩種焊接的模式[5]。在激光能量的吸收模式和焊縫成形的效果完全不同，如圖 1

的反沖壓力進(jìn)一步加深了小孔的深度，維持小孔的存在。同時(shí)，孔內(nèi)汽化的金屬蒸汽在激光光束的作用下產(chǎn)生了電離，使得孔內(nèi)形成等離子體，小孔效應(yīng)的產(chǎn)生是辨別深熔焊接的最直接依據(jù)[9, 10]。激光深熔焊接過程相比于激光熱傳導(dǎo)焊接過程涉及到的物理因素更為復(fù)雜，對焊接過程中的機(jī)理，如孔內(nèi)激光能量的吸收、小孔的穩(wěn)定、熔池的流動(dòng)以及如飛濺、塌陷、駝峰等焊接缺陷產(chǎn)生的原因，尚有待研究[11]。隨著激光制造技術(shù)的不斷發(fā)展，高功率激光器不斷出現(xiàn)，其超高的激光能量密度使得焊接時(shí)可以形成超細(xì)長的小孔，提高了單道激光的可焊接厚度，為實(shí)現(xiàn)高精度、高要求的厚板焊接提供了新的技術(shù)手段。但由于在高功率厚板焊接中，超高的激光能量密度使得焊接中能量的吸收、小孔的穩(wěn)定、熔池的流動(dòng)等行為相較于低功率薄板焊接復(fù)雜的多。高功率厚板深熔焊接過程中孔內(nèi)材料的汽化現(xiàn)象非常劇烈，使得維持小孔的穩(wěn)定異常艱難，而由于焊接厚度的增加，熔池的流動(dòng)行為也更為復(fù)雜。在高功率厚板激光深熔焊接過程中，較難獲得成形質(zhì)量較高的焊接接頭，容易產(chǎn)生諸如飛濺、塌陷、駝峰等缺陷[12]，如圖 1.2 所示。

存在著對流[33]，如圖1.4所示。Mitkevich等人通過將鉬粉加入石英材料中，通過觀察激光焊接過程中鉬粉的流動(dòng)行為來反應(yīng)熔池的流動(dòng)，也得到了如圖1.4所示的熔池流動(dòng)行為[34]。Matsunawa等人通過高速攝影的辦法，和X射線透射成像系統(tǒng)相結(jié)合觀察了激光焊接過程中熔池和小孔的動(dòng)態(tài)變化過程，發(fā)現(xiàn)高功率激光深熔焊接過程中熔池處在不斷波動(dòng)的不穩(wěn)定狀態(tài)[35]。

【相似文獻(xiàn)】

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1 全慧;;淺談焊接工藝研究[J];中小企業(yè)管理與科技(上旬刊);2017年05期

2 張文君;;淺談高效焊接工藝研究現(xiàn)狀[J];民營科技;2014年08期

3 孫松年;;防止層狀撕裂誘發(fā)的焊接工藝研究通過鑒定[J];造船技術(shù);1987年03期

4 李紅,李玉儒,黃翰章;Ta-Cu-A3鋼復(fù)合板與鉭管的焊接工藝研究[J];稀有金屬材料與工程;1988年04期

5 吳朝峰,楊有成;密封放射源焊接自控氬弧焊機(jī)及其焊接工藝研究[J];核動(dòng)力工程;1989年01期

6 劉偉;張春紅;薛軍;甄波;;耐蝕軟磁合金1J116與奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9Ti焊接工藝研究[J];火箭推進(jìn);2017年01期

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