鎂合金電阻點焊的成形性非常不理想,為探索變形鎂合金在汽車白車身的生產(chǎn)制造中的應用,亟需開發(fā)新的適應于自動化生產(chǎn)的點焊技術(shù)。Nd:YAG脈沖激光點焊是一種高效的精密焊接方法,具有焊接時間短和焊接精度高等優(yōu)點,并且對焊接結(jié)構(gòu)及夾具的空間分布的要求較低,因而是一種理想的汽車白車身的自動化生產(chǎn)點焊技術(shù)。目前,Nd:YAG脈沖激光點焊的研究主要集中在不銹鋼、低碳鋼和鋁合金等材料,而針對鎂合金的研究還鮮有報道。本文針對應用較廣泛的AZ31變形鎂合金,首次開展鎂合金脈沖激光點焊的工藝及機理研究。文中的主要研究內(nèi)容和研究成果如下:（1）在激光工藝控制系統(tǒng)默認的Rectangle（矩形）脈沖波形下,分析脈沖激光焊點的形成機理、顯微組織特征以及焊點缺陷的形成原因和工藝特性。結(jié)果表明:當激光束的脈沖峰值功率密度大于2.5 GW/m~2而小于4.5 GW/m~2時,焊點類型為熱傳導焊;當脈沖峰值功率密度大于4.5 GW/m~2時,焊點類型為深熔焊。熔池中的流體主要受Marangoni對流驅(qū)動,而Buoyancy對流對其影響不大。焊點金屬中的析出相為Mg₁₇Al₁₂,... 

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 脈沖激光點焊技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 脈沖激光點焊工藝特性的研究進展
        1.2.2 脈沖波形特性的研究進展
        1.2.3 脈沖激光點焊熱源模型的研究進展
        1.2.4 脈沖激光點焊熔池流體流動行為的研究進展
    1.3 鎂合金激光焊接缺陷的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 鎂合金激光焊接熱裂紋的研究進展
        1.3.2 鎂合金激光焊接氣孔的研究進展
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 實驗方法及模型建立
    2.1 實驗材料
    2.2 實驗設(shè)備及方法
        2.2.1 實驗設(shè)備及參數(shù)
        2.2.2 實驗方法
    2.3 焊點特征值測量及組織分析
    2.4 有限元仿真模擬
        2.4.1 熱傳導控制方程
        2.4.2 模型網(wǎng)格劃分及熱物性參數(shù)確定
        2.4.3 熱源模型選擇
        2.4.4 初始條件、邊界條件及前提假設(shè)
        2.4.5 熱源模型驗證
        2.4.6 模擬結(jié)果處理
    2.5 本章小結(jié)
第3章 AZ31 鎂合金的Rectangle(矩形)脈沖激光點焊特性
    3.1 脈沖激光點焊工藝研究
        3.1.1 脈沖激光焊點類型及特征
        3.1.2 脈沖激光焊點熔池流動的無量綱分析
        3.1.3 脈沖激光焊點形成過程及機理分析
        3.1.4 脈沖工藝參數(shù)對焊點成形的影響
    3.2 脈沖激光焊點顯微組織分析
        3.2.1 析出相分析
        3.2.2 顯微組織特征及工藝分析
    3.3 脈沖激光焊點冶金缺陷產(chǎn)生機理及工藝分析
        3.3.1 焊點氣孔
        3.3.2 焊點余高
        3.3.3 焊點咬邊
        3.3.4 焊點凝固裂紋
    3.4 本章小結(jié)
第4章 脈沖波形對AZ31 鎂合金激光點焊特性的影響
    4.1 脈沖初始波形對焊點耦合的影響
        4.1.1 鎂合金Nd:YAG脈沖激光吸收機理
        4.1.2 脈沖初始波形對鎂合金激光吸收率的影響
        4.1.3 脈沖初始波形對鎂合金激光焊點尺寸的影響
    4.2 脈沖閉合波形對焊點形貌及冶金缺陷的影響
        4.2.1 Ramp-Down脈沖波形對焊點表面形貌的影響
        4.2.2 Step-Down-t脈沖波形對焊點氣孔、余高和咬邊的影響
        4.2.3 Step-Down-10ms-n脈沖波形對焊點凝固裂紋的影響
    4.3 Step-Down脈沖波形對焊點顯微組織的影響
        4.3.1 Step-Down脈沖波形對凝固參數(shù)的影響
        4.3.2 Step-Down脈沖波形對結(jié)晶形態(tài)的影響
        4.3.3 Step-Down脈沖波形對晶粒尺寸的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 脈沖激光焊點凝固裂紋的分布規(guī)律及抑制效果
    5.1 凝固裂紋萌生模型和擴展模型的建立
        5.1.1 Feurer凝固裂紋模型
        5.1.2 Sheikhi凝固裂紋模型
        5.1.3 焊點熔池形狀對凝固參數(shù)的影響
        5.1.4 凝固裂紋萌生模型的建立
        5.1.5 凝固裂紋擴展模型的建立
    5.2 焊點熔池溫度場的數(shù)值模擬分析
        5.2.1 Rectangle脈沖波形焊點
        5.2.2 Step-Down-10ms-0.3P脈沖波形焊點
    5.3 Rectangle脈沖波形焊點凝固裂紋分布規(guī)律
        5.3.1 凝固裂紋萌生方向預測
        5.3.2 凝固裂紋擴展行為分析
        5.3.3 凝固裂紋分布規(guī)律驗證
    5.4 Step-Down-10ms-0.3P脈沖波形對焊點凝固裂紋的抑制效果
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
作者簡介及攻博期間發(fā)表的學術(shù)論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[2]Al-Mg-Si合金激光焊接凝固裂紋形成機理研究[D]. 王小杰.上海交通大學 2015
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碩士論文
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[2]AZ31鎂合金熱變形行為及加工圖研究[D]. 王慶.太原科技大學 2014
[3]基于多材料結(jié)構(gòu)的汽車車身輕量化設(shè)計與研究[D]. 邳薇.天津大學 2007



本文編號：3733496