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光纤激光焦点旋转和垂直振动焊接方法及装置研究

发布时间:2018-09-12 11:17
【摘要】:铝及铝合金激光焊接存在着焊接过程不稳定性、焊缝成形差、焊接气孔多(小孔型气孔倾向严重)等问题。双光束、焦点旋转和摆动的方法能够稳定焊接过程,改善小孔行为,减少焊接气孔,但都会导致焊缝熔深的减小,降低焊接制造效率。本文提出了一种焦点旋转和垂直振动的焊接方法,设计了焦点运动参数可控的焊接装置。使用该装置进行焊接试验,研究了焦点运动参数对焊缝表面成形、焊缝宏观形貌及气孔的影响规律,并通过高速摄像拍摄并分析焊接熔池和深熔小孔的动态行为,阐述了焦点运动参数改善焊缝成形、减少气孔的机理。试验结果表明,采用焦点旋转和垂直振动的方法可有效改善焊缝表面成形,提高焊缝质量。通过对焦点运动控制,可调控熔池的流动和凝固行为,熔池规律而稳定的流动使焊接过程稳定性得到改善,焊缝成形良好,焊缝表面鱼鳞纹由角状变为圆弧状。焦点旋转对小孔型气孔的抑制作用明显,优化的参数下,气孔的尺寸显著减小、数量显著减少。焦点的旋转使深熔小孔扩大,不易坍塌和闭合,进而提高小孔稳定性,实现抑制小孔型气孔的目的。在优化的参数下,焦点的垂直振动可增加焊缝熔深,提高焊接效率。垂直振动对焊缝熔深的影响与小孔行为有关。焦点的垂直振动使小孔深度周期性增加,由于焦点振动频率较高,较深的小孔形成的熔池搭接在一起,使焊缝的熔深增大。本论文的研究内容表明:针对铝及铝合金激光焊接,焦点旋转和振动方法可显著降低小孔型气孔,提高焊缝成形质量,同时有益于提高焊接效率。该方法对于一些不允许焊透的结构,如锁底接头,具有明显的技术优势和广阔的应用前景。
[Abstract]:Laser welding of aluminum and aluminum alloy has some problems, such as instability of welding process, poor weld formation, and many holes in welding (the porosity tendency of small hole type is serious). The method of double beam, focus rotation and swing can stabilize the welding process, improve the behavior of the small hole and reduce the weld porosity, but it will lead to the reduction of weld penetration and the reduction of welding manufacturing efficiency. In this paper, a welding method of focus rotation and vertical vibration is proposed, and a welding device with controllable focus motion parameters is designed. The influence of focus motion parameters on weld surface forming, weld macroscopic appearance and porosity was studied by using this device. The dynamic behavior of weld pool and deep melting hole was analyzed by high speed video camera. The mechanism of focus motion parameters to improve weld formation and reduce porosity is described. The experimental results show that the method of focus rotation and vertical vibration can effectively improve the weld surface forming and the weld quality. The flow and solidification behavior of the weld pool can be controlled by controlling the focus motion. The stability of the welding process can be improved by the regular and stable flow of the molten pool. The weld is well formed and the surface scale of the weld is changed from angle to arc. The focus rotation obviously inhibited the pore size and the number of pores decreased significantly under the optimized parameters. The rotation of the focus makes the deep melting pores expand, and are not easy to collapse and close, thus improving the stability of the pores and achieving the purpose of suppressing the pore type. Under the optimized parameters, the vertical vibration of focus can increase weld penetration and improve welding efficiency. The effect of vertical vibration on weld penetration is related to the behavior of small holes. The vertical vibration of the focus increases the depth of the hole periodically. Because of the higher frequency of the focus vibration, the weld pool formed by the deeper hole is joined together, which makes the weld penetration increase. The research contents of this paper show that the focus rotation and vibration method can significantly reduce the pore shape of small hole and improve the quality of weld forming, and it is beneficial to improve the welding efficiency for laser welding of aluminum and aluminum alloy. This method has obvious technical advantages and broad application prospects for some structures which are not allowed to be welded through, such as locking bottom joint.
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG456.7

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本文编号:2238843

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