由于激光深熔焊接模式具有熱輸入量小、焊接精度高、殘余應力低、深寬比大、易于自動化控制等優(yōu)點,在厚板焊接領(lǐng)域具有極其廣泛的應用前景,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系統(tǒng)的基于底部氣壓法的高功率激光焊接厚板試驗平臺,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。搭建了擁有高速相機系統(tǒng)的基于底部氣壓法的高功率激光焊接厚板試驗平臺。(2)借助高速相機拍攝系統(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壓力,但在不同材料焊接過程中的動壓力在產(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?shù)撞勘韷毫Φ扔谥亓r,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用。(3)基于單因素變量試驗方案,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。
【學位單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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方法獲得空前的成果，從而促進生產(chǎn)力、通信等眾多行業(yè)造成重大的影響。隨著科技的進步，激于傳輸控制、適應性好等眾多優(yōu)點被不斷發(fā)掘應用[1,2]。接是激光技術(shù)應用的一個重要領(lǐng)域。其具有熱輸入量小、焊、深寬比大、易于自動化控制等優(yōu)點得到了廣泛的開發(fā)應和結(jié)構(gòu)特殊的焊接領(lǐng)域，目前已成功應用在航空、車輛、領(lǐng)域，受到世界各地的重視[3,4]。依據(jù)焊接過程中傳熱機制為激光熱傳導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

的反沖壓力進一步加深了小孔的深度，維持小孔的存在。同時，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焊接過程涉及到的物理因素更為復雜，對焊接過程中的機理，如孔內(nèi)激光能量的吸收、小孔的穩(wěn)定、熔池的流動以及如飛濺、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可以形成超細長的小孔，提高了單道激光的可焊接厚度，為實現(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、熔池的流動等行為相較于低功率薄板焊接復雜的多。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，熔池的流動行為也更為復雜。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行為來反應熔池的流動，也得到了如圖1.4所示的熔池流動行為[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的不穩(wěn)定狀態(tài)[35]。

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4 李紅,李玉儒,黃翰章;Ta-Cu-A3鋼復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

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本文編號：2808838