激光焊接5A90铝锂合金气孔抑制方法研究

发布时间：2017-03-24 02:14

  本文关键词：激光焊接5A90铝锂合金气孔抑制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝锂合金是一种典型的轻质高强材料,在航空航天、船舶和车辆领域得到了广泛应用。与常规焊接技术相比,激光焊接速度高、热影响区小、焊缝深宽比大,是一种高速发展的新技术。然而,由于Li元素的加入,激光焊接5A90气孔缺陷突出,限制了其工程应用的范围。本文针对5A90铝锂合金激光焊接气孔的形成机理及抑制途径进行了理论分析和试验研究,并提出了改变焊接位置、调制脉冲参数、优化保护气流三种抑制方法。本文研究了焊接位置对焊缝成形及气孔的影响规律,并获得了最优的焊接位置。针对平焊时存在的严重下塌缺陷,通过改变焊接位置为立向下焊获得了良好的焊缝成形。高速摄像结果表明,不同焊接位置时的铝合金熔池形状差别明显,这主要是重力作用方向的改变和表面张力的差异造成的。不同焊接位置熔池的受力状态和熔化金属的流动直接影响小孔的稳定性以及气孔的形成,并发现在立向下焊时,气孔能得到最大程度的抑制。主要跟此时小孔所受金属蒸汽压力可以很好地平衡表面张力、重力和流体力进而增加小孔的稳定性,以及熔池中强烈的对流对熔池进行搅拌从而使气泡更易逸出有关。基于最优焊接位置,研究了脉冲调制参数对气孔的影响规律,并获得Ⅰ级焊缝的优化工艺参数窗口。研究结果表明：气孔数量与功率和占空比正相关,且随着焊接速度的增加先减后增,与脉冲频率关系不大。在低占空比、中等焊速下气孔能被很好地抑制。提取熔池特征研究脉冲调制抑制气孔的机理,发现脉冲的加入一是避免了连续激光焊接时因逆向气流的存在向小孔卷入保护气体,从源头上减少了气孔的产生；二是激光脉冲能量输出的间歇性加强了焊接过程中对熔池搅拌的作用,从加速熔池中气泡逸出的速度进一步减小焊缝气孔。基于响应曲面法对脉冲调制焊接参数进行了优化,结果表明Ⅰ级焊缝的工艺窗口为：焊接速度在700～900 mm/min、占空比在50%-57%、激光功率在1200-1400W范围内。在此基础上研究了侧吹保护气流参数对焊缝气孔的影响规律,并对气流参数进行了优化。研究结果表明：侧吹气流的加入能明显抑制焊缝气孔,侧吹流量是显著因子,随着流量的增加,气孔点数先增后减,在侧吹流量为5-7 L/min时有最小气孔点数。采用函数拟合建立了侧吹流量、侧吹角度和气孔点数之间的数学模型,优化侧吹保护气流参数,在侧吹流量为3-9 L/min,侧吹角度为15°～52°范围内获得可明显拓宽Ⅰ级焊缝的工艺窗口。
【关键词】：激光焊接 5A90铝锂合金 气孔抑制 焊接位置 脉冲调制
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 课题来源及选题意义8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 选题意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 气孔形成机理研究现状9-11
• 1.2.2 气孔抑制方法研究现状11-17
• 1.2.3 研究现状与趋势17
• 1.3 论文研究目标与结构17-19
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 论文结构17-19
• 第二章 气孔成因及抑制途径分析19-26
• 2.1 气孔成因分析19-22
• 2.2 气孔抑制途径分析22-23
• 2.3 论文研究思路分析23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 改变焊接位置抑制气孔方法26-38
• 3.1 试验设备及方法26-29
• 3.1.1 试验设备26
• 3.1.2 试验方法26-29
• 3.2 焊接位置对焊缝成形的影响29-31
• 3.3 焊接位置对焊缝气孔的影响31-33
• 3.4 改变焊接位置抑制气孔机理分析33-37
• 3.4.1 不同焊接位置熔池受力分析33-35
• 3.4.2 不同焊接位置小孔受力分析35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 脉冲调制抑制气孔方法38-57
• 4.1 脉冲调制对焊缝气孔的影响38-48
• 4.1.1 脉冲焊接工艺试验38-41
• 4.1.2 模型选择与建41-45
• 4.1.3 各因子对气孔的影响规律45-48
• 4.2 脉冲调制抑制气孔机理分析48-53
• 4.2.1 小孔动态行为分析48-49
• 4.2.2 熔池流动行为分析49-53
• 4.3 调制脉冲参数优化53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 侧吹送入保护气流抑制气孔方法57-67
• 5.1 保护气流参数对焊缝气孔的影响57-60
• 5.2 保护气流抑制气孔机理分析60-61
• 5.3 保护气流参数优化61-64
• 5.4 气孔对接头力学性能的影响64-65
• 5.5 本章小结65-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 论文总结67-68
• 6.2 技术进步点68
• 6.3 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文73
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的学术活动73

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本文编号：264937