铝合金厚板窄间隙双焦点激光焊接特性研究

发布时间：2020-12-12 11:18

　　厚板铝合金在大型结构件中的应用日益广泛,但其实际生产中存在的焊接问题也渐渐凸显,因此急需开发铝合金大型厚壁构件的高效、可靠焊接技术。窄间隙激光焊接已成为解决厚板焊接问题的一个极具潜力的焊接方法,不仅可以显著提高厚板焊接效率而且大大降低焊接变形。铝合金激光焊接过程中的高反射、气孔问题,以及厚壁构件窄间隙焊接中存在的层间及侧壁熔合不良等问题都是亟待突破的关键难题。本文针对上述问题,提出了一种厚板铝合金窄间隙激光焊接方法。采用万瓦级大功率激光实现较大熔深的厚板打底焊以提高焊接效率;采用双焦点激光完成多层窄间隙的多层填充焊;同时,通过高速摄像和数值模拟方法对双焦点激光焊接模式独特的熔池流动行为进行了深入研究,并分析其与焊丝熔化过渡之间的相互作用,最终实现了50mm厚5A06铝合金厚板焊接。首先,通过高速摄像对熔池表面流动状态及等离子体的拍摄,研究了焊接工艺参数、熔池流动及焊缝成形的对应关系,分析了影响熔池流动的影响因素。结果表明,与常规千瓦级激光相比,万瓦级大功率激光深熔焊中,功率为25k W时激光作用宽度增大了21%,但熔深可增加159%,焊缝深宽比增加一倍。激光功率的增加和焊接速度的减小都... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 厚板激光自熔焊
        1.2.2 厚板窄间隙激光填丝焊
        1.2.3 双焦点激光焊接
        1.2.4 双焦点激光焊接熔池热流场分析
    1.3 国内外研究现状简析
    1.4 课题主要研究内容
第2章 试验条件
    2.1 试验材料
        2.1.1 母材
        2.1.2 填充材料
    2.2 试验设备
    2.3 试验方法
        2.3.1 大功率激光打底焊试验
        2.3.2 双焦点激光填丝焊试验
    2.4 金属试样制备与观察
第3章 万瓦级大功率激光打底焊工艺特性
    3.1 引言
    3.2 工艺参数对焊缝成形的影响
        3.2.1 激光功率对焊缝成形的影响
        3.2.2 焊接速度对焊缝成形的影响
        3.2.3 离焦量对焊缝成形的影响
    3.3 工艺参数对气孔率的影响
    3.4 焊接熔池表面特征分析
        3.4.1 激光功率度对熔池表面动态行为的影响
        3.4.2 焊接速度对熔池表面动态行为的影响
        3.4.3 离焦量对熔池表面动态行为的影响
    3.5 等离子体特征分析
        3.5.1 激光功率对等离子体的影响
        3.5.2 焊接速度对等离子体的影响
    3.6 本章小结
第4章 双焦点激光填丝焊工艺特性
    4.1 引言
    4.2 双焦点焊接特性研究
        4.2.1 双焦点激光能量分布特点
        4.2.2 深熔焊临界功率密度计算
        4.2.3 双焦点激光对熔池行为的影响
    4.3 双焦点激光填丝焊的熔池表面动态行为
        4.3.1 单、双焦点激光对填丝焊的熔池行为比较
        4.3.2 双焦点间距对熔池动态行为的影响
        4.3.3 光丝间距对焊丝熔化过渡行为的影响
    4.4 窄间隙双焦点激光多层焊工艺特性
        4.4.1 窄间隙坡口设计
        4.4.2 单道填充基础试验研究
        4.4.3 多层填充焊工艺研究
        4.4.4 50mm厚铝合金的窄间隙双焦点激光焊接
    4.5 本章小结
第5章 双焦点激光填丝焊的熔池流动行为
    5.1 引言
    5.2 热流耦合模型建立
        5.2.1 数学模型
        5.2.2 热源模型及网格划分
        5.2.3 模型验证
    5.3 不同匙孔状态下的熔池流动行为
        5.3.1 单/双焦点激光焊熔池流动行为
        5.3.2 双匙孔状态下熔池流动行为研究
    5.4 填材对匙孔与熔池的影响
        5.4.1 填材对匙孔动态形貌的影响
        5.4.2 填材对熔池流动行为的影响
    5.5 小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能[J]. 赵勇,王清曌,黄坚,吴毅雄.  中国激光. 2015(02)
[3]5083铝合金厚板超窄间隙光纤激光焊接接头组织与性能[J]. 张国伟,肖荣诗.  中国激光. 2014(09)
[4]60mm厚304不锈钢板超窄间隙光纤激光焊接接头组织性能研究[J]. 张国伟,肖荣诗.  中国激光. 2014(08)
[5]10kW级光纤激光厚板焊接表面塌陷的试验研究[J]. 陈根余,周宇,张明军,李时春.  中国机械工程. 2014(14)
[6]厚板窄间隙激光多层焊接技术进展[J]. 黄坚.  金属加工(热加工). 2013(S2)
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[8]1420铝锂合金双光点激光焊接头成形[J]. 杨璟,李晓延,巩水利,陈俐,李巧艳.  焊接学报. 2010(12)
[9]高强钢双光束填丝多层焊的焊缝组织特征[J]. 尹杰,李俐群,陶汪,张新戈.  中国激光. 2010(05)
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博士论文
[1]双焦点光纤激光焊接特性及熔池行为研究[D]. 马国龙.哈尔滨工业大学 2017
[2]铝合金激光液态填充焊的匙孔与熔池动态行为研究[D]. 彭进.哈尔滨工业大学 2016
[3]空间多位置摆动电弧窄间隙MAG焊熔滴过渡与焊缝成形研究[D]. 徐望辉.哈尔滨工业大学 2015
[4]厚板超窄间隙光纤激光焊接理论及实验研究[D]. 张国伟.北京工业大学 2014
[5]铝合金激光-TIG双面焊接特性与能量作用机制研究[D]. 苗玉刚.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：2912456