薄板不锈钢光纤激光器焊接技术研究

发布时间：2020-03-22 21:44

【摘要】：ns光纤激光焊接是一种新兴的焊接方式。和其他焊接方式相比,其主要优势是:焊接热影响区域小,焊件形变小;能灵活控制焊点的尺寸,焊点尺寸可以做到很小;两焊件之间的熔合面积大,焊点力学性能好。ns光纤激光器主要用于焊接一些较薄的金属。这种焊接方式目前主要处于应用阶段,很少有人对其进行细致的研究,几乎找不到与之相关的温度场仿真案例。本文的目标是研究ns脉冲光纤激光器焊接薄板不锈钢的传热方式、理论机制,为选择最佳的激光焊接工艺参数提供理论依据。为了达到目标,本文从采用实验的方法得到不同激光工艺参数对焊接效果的影响规律和使用有限元分析法仿真焊接过程中温度场分布两个方面出发,分析ns光纤激光器焊接不锈钢过程中的相关机理和热传导方式。使用不同的焊接工艺参数对厚度为100um和300um的两片316L不锈钢进行叠加缝焊和点焊:通过缝焊实验得到熔池的表面和截面形状,通过点焊实验得到焊点的拉拔力。然后通过实验得到的结果,讨论激光焊接工艺参数:功率、频率、脉宽、离焦量和焊接速度对焊点几何形状和拉拔力的影响规律。为了更加准确直观地了解ns光纤激光器焊接不锈钢的过程,提高焊点和焊接结果的可靠性,本文通过建立适合ns激光焊接不锈钢的热源模型,利用ANSYS有限元分析软件模拟了焊接过程中焊接工件上温度场的分布,分析焊接过程中能量传播过程。为了能够准确的模拟ns激光焊接热传导过程,本文从整体焊接过程出发,不分析小孔的形成过程,而是根据实际焊接形成的焊缝截面形状,建立适合的热流分布体热源模型,再对整体过程进行分析,反映出小孔对焊缝几何形状影响。根据对现有热源模型的优缺点进行分析,提出了一种热流峰值指数衰减柱状体和椭球体组合热源模型。仿真结果表明,本文提出的热流峰值指数衰减柱状体热源和椭球体热源组合而成的组合体热源模型能够仿真出对应参数下温度场分布和焊缝的形貌。在分析完各激光工艺参数对焊接效果的作用规律后,针对焊接中遇到的问题,提出了一些优化方法:通过在焊接时,吹入纯度为99.999%的氩气可以有效避免焊接过程中出现金属物飞溅,同时可以获得表面漂亮、拉拔力大的焊点;在不加保护气体的情况下,采用正离焦的方式,可避免产生金属飞溅物;优化激光器的光束质量,可以得到深宽比较大的焊点。
【图文】：

第 1 章 绪论1.1 选题意义随着科技和经济的发展，3C 电子产品在朝着集成化、精密化的方向发展子产品的集成度越来越高，其内部构件尺寸也越来越小，例如：手机卡槽构件线弹片、摄像头固定模块，智能手表的电池极耳，这些金属构件的尺寸一般小，，厚度通常在 50μm~300μm 之间。由于不锈钢的优良物理化学性质，这些件的材质一般都是不锈钢。这些构件现有的连接方式一般有两种：机械(如螺丝)方法和胶水粘合的方接。机械连接方法，不仅在生产和装配时，存在很大的难度，而且限制了产更小的尺寸方向发展；用胶水粘合的方式效率较低，容易产生污染。

fiber 200 W  1 kW 0.1 0.003较大熔深、快速焊缝焊接；点焊；导体材料焊接；异种材料焊接CWber150W-(1.5kW peak)300W- (3 kW peak)600W- (6 kW peak)0.06 0.015可用于大部分微焊接，点尺寸可小于 0.002incfiber50 -100 W(10 kW peak)0.015 0.002厚度小于 200um 的材料的点焊，异种材料焊接择采用何种激光器作为焊接光源的主要参考因素有：光束质量、输出功长、脉冲宽度和光斑尺寸。 QCW 激光器点焊在，在工激光焊接应用中使用的 QCW 激光器有 Nd：YAG 毫秒脉冲秒光纤激光器。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】

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本文编号：2595669