激光—双钨极TIG复合焊接机理及工艺研究

发布时间：2020-12-20 01:05

　　激光电弧复合焊接技术集合了激光焊功率密度高、焊缝深宽比大、热输入及热变形小、焊接速度快和电弧焊装配精度低、能量利用率高、成本低的优势,成为了国内外焊接领域的研究热点。为了充分利用激光焊和双钨极TIG焊的优势,本文提出了激光-双钨极TIG复合焊接方法,搭建了对应的试验平台,研究了该新型激光电弧复合焊的加热过程,并对其电弧物理特性、熔池特征、熔孔形态、温度场特征、焊缝组织及力学性能进行了深入的探索,为中小功率激光与TIG电弧的复合焊接技术拓展了新思路。利用摄像机获取了复合焊接电弧形态,并通过“小孔法”和电流电压采集系统测量了电弧压力及电流电压信号。结果表明,激光的加入会使得双钨极TIG的电弧发生进一步收缩,电弧形态从双高斯热源整合变为元宝形态分布。耦合电弧的压力分布呈近圆形,两TIG电流、钨极间距及焊接高度会影响电弧压力的峰值及偏移情况。电弧静特性曲线整体呈“U”形,两TIG的电流对各自的电压会产生交叉影响,且激光会使得导电通道变长。使用高速摄像机及热成像仪采集了熔池、熔孔及温度场信号并与激光-TIG旁轴复合焊接及双钨极TIG焊接进行了对比。结果表明,激光电弧复合焊接熔孔稳定性高,熔池流速... 

【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】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

激光-TIG旁轴复合焊接原理图[40]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-源特性和激光深熔对电弧带来的集中引导作用，使得在高速焊接状态下也可以得到稳定的电弧及成形良好的焊缝，减弱了等离子屏蔽效应，提升了激光的利用率，同时激光可以压缩稳定电弧，提升电弧能量的利用率，减少了气孔、咬边等缺陷，形成一种全新、高效的复合焊接方法[39]。大连理工大学的刘黎明教授等人利用AZ31B镁合金进行了激光-TIG复合焊接（LATIG）、激光焊接（LBW）、钨极氩弧焊（TIG）的对比，原理如图1-1所示[40]。结果表明，对于镁合金来说，LATIG的焊接速度和穿透性均高于LBW和TIG，并且与单独TIG相比LATIG的电弧稳定性得到改善；LATIG的熔宽和晶粒尺寸介于LBW与TIG之间。图1-1激光-TIG旁轴复合焊接原理图[40]大连理工大学的宋刚等人研究了激光-TIG复合焊接技术在镁/钢异种材料连接上的应用及结合机理，原理如图1-2所示。结果表明，随激光功率增加，合金元素过渡层厚度及接头抗拉强度也在增加，强度最大达到了208.1MPa，断裂面主要呈现解理河流花样，讨论了界面层的组成及生长模型[41]。图1-2激光-TIG复合焊接Mg/钢示意图[41]华中科技大学的陈鑫等人引入新的解耦方法及边界处理方式，开发了一种新型三维数学模型模拟激光-TIG复合焊接过程中的匙孔动力学、熔池流动、金属蒸汽、等离子体及其相互作用，并利用实际试验数据进行对比，如图1-3所示，结果显示模拟结果与实际观测和文献数据表现了良好的一致性，为了解

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-激光与TIG相互作用机理和激光-TIG复合焊接的广泛应用奠定了基础[42]。图1-3模拟预测焊缝截面与实际焊后对比图：(a)激光与钨极尖端距离3mm;(b)激光与钨极尖端距离3mm[42]哈尔滨工业大学的陈彦斌教授等人于1995年研究了激光-TIG同轴复合焊接，设计了一种激光穿过空心钨极的复合焊接方式，设备原理示意图如图1-4所示，进行了一系列的试验，得到了激光-TIG同轴复合焊接熔深熔宽的变化规律[43]。结果表明，激光从电弧低电流密度区穿过后进入工件，减少了激光能量的消耗，复合热源分布更加均匀，焊缝成形优良。图1-4激光-TIG同轴复合焊接装置示意图[43]1.3.2激光-PAW复合焊接等离子弧焊接（PAW）相比于TIG焊接具有热作用区域窄、能量密度高、方向性强、引弧电流低、电弧稳定性高等优势，同时由于其钨极在喷嘴内部，可以有效防止金属蒸汽、飞溅等对其带来的污染，以上特性使得等离子弧与激光复合焊接具有一些独特的优势，因此激光-PAW复合焊接也越来越受到人们的重视[44]。德国汉堡工业大学的NikolaiPetri等人研究了激光-PAW复合焊接中激光功率，等离子气流速，焦点位置以及焊枪角度和焊接方向等变量对S235JR钢

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：2926906