复杂内流道构件激光焊接焊缝形貌控制技术研究

发布时间：2017-04-09 19:21

  本文关键词：复杂内流道构件激光焊接焊缝形貌控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复杂内流道构件为具有复杂密集通道的薄壁夹层结构。激光焊接技术是其最主要的制造手段。在焊接过程中,焊缝强度及变形控制是其主要技术指标。本文从激光焊接焊缝形貌控制方法着手研究,最终获得有效熔宽(结合面处焊缝熔宽)大,焊缝面积小的“花瓶”形焊缝,该焊缝具有构件焊后变形小,搭接接头力学性能强的综合优点,适合且满足复杂内流道构件的激光焊接制造。本文首先研究了DC035 Slab CO_2激光器在不同聚焦参数和工艺参数下的焊缝成形规律及焊缝力学性能。研究结果表明:使用100 mm短焦距聚焦镜聚焦,焊接速度v≥6 m/min时,可获得“花瓶”形焊缝形貌。这说明聚焦镜焦距的不同会改变激光束的发散角,进而改变激光束在传播方向横截面上的能量密度分布,最终改变焊缝形貌。在较高速度焊接时(v≥6 m/min),焊缝形貌能更加明显的体现激光功率密度的分布。模拟复杂内流道构件激光焊接制造后的受力特征,制备T型接头进行不同焊缝形貌的组织及力学性能对比分析。结果表明:在“花瓶”形焊缝T型接头与“钉头”形焊缝T型接头具有基本相同的有效熔宽时,“花瓶”形焊缝接头焊缝面积小34.79%,激光输入线能量低54.83%,组织更加细小;两种焊缝的显微硬度均略高于母材;“花瓶”形焊缝接头拉伸性能更优,断口形貌为韧性断裂,“钉头”形焊缝接头兼具韧性断裂和准解理断裂。由于光纤激光器具有良好的加工柔性,在复杂内流道构件的焊接制造中具有良好的应用前景,对比Slab CO_2激光器“花瓶”形焊缝形貌的成形特点及焊接制造工艺特点,使用YLS-6000光纤激光器和YLS-3000-SM光纤激光器,分别研究了两者在不同聚焦参数和工艺参数条件下的焊缝成形规律。结果表明:除发散角和焊接速度外,光束质量也是影响“花瓶”形焊缝获得的重要因素。YLS-6000光纤激光器光束质量因子M2=23,在短焦距高焊接速度时不能够获得“花瓶”形焊缝,在焦距为200 mm,焊接速度v≥6 m/min时可获得“圆柱”形焊缝形貌。YLS-3000-SM光纤激光器在焦距为100 mm的聚焦镜下,焊缝形貌呈现出“花瓶”形焊缝的成形特点和趋势。同时,由于复杂内流道构件呈现三维结构特征,空间特征复杂,不适宜采用旁轴焊接工艺进行焊接制造。本文最后针对同轴焊接工作头焊接制造复杂内流道构件的工艺需求,系统地研究了同轴保护条件下焊接喷嘴尺寸、保护气流量、激光入射角度、激光功率等焊接工艺参数对焊缝形貌的影响规律,获得优化的复杂内流道构件激光同轴焊接制造的工艺窗口。
【关键词】：激光焊接 复杂内流道构件 T型接头 焊缝形貌 聚焦参数
【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
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 激光焊接焊缝成形的研究现状13-17
• 1.2.1 材料特性对焊缝成形的影响13-14
• 1.2.2 焊接工艺参数对焊缝成形的影响14
• 1.2.3 激光光学参数对焊缝成形的影响14-17
• 1.3 同轴保护激光焊接研究现状17-18
• 1.4 课题主要研究内容18-20
• 第2章 试验材料及方法20-26
• 2.1 试验材料20
• 2.2 试验设备与方法20-26
• 2.2.1 试验设备20-21
• 2.2.2 试验装置21-23
• 2.2.3 试验方法23-24
• 2.2.4 测试方法24-26
• 第3章 CO_2激光焊接焊缝形貌控制及接头组织性能研究26-38
• 3.1 CO_2激光焊接焊缝成形规律研究26-32
• 3.1.1 激光功率和焊接速度对焊缝形貌的影响26-27
• 3.1.2 焦距对焊缝熔深的影响规律27-29
• 3.1.3 焦距对焊缝形貌的影响规律29-31
• 3.1.4 有效熔宽与焊缝面积的比值31-32
• 3.2 T型接头焊缝显微组织与力学性能研究32-35
• 3.2.1 T型接头焊缝显微组织形貌32-33
• 3.2.2 T型接头显微硬度分布33-34
• 3.2.3 T型接头拉伸性能测试34
• 3.2.4 T型接头断口形貌34-35
• 3.3 本章小结35-38
• 第4章 光纤激光焊接焊缝成形规律研究38-48
• 4.1 YLS-6000光纤激光器焊缝成形规律研究38-40
• 4.2 YLS3000SM光纤激光器焊缝成形规律研究40-42
• 4.3 光束聚焦特性对焊缝形貌的影响规律42-45
• 4.4 本章小结45-48
• 第5章 同轴保护焊接工艺研究48-54
• 5.1 工艺参数对同轴保护焊接过程的影响48-51
• 5.1.1 喷嘴尺寸对焊缝成形的影响48-49
• 5.1.2 工作气体对焊缝成形的影响49-50
• 5.1.3 入射角和焊接方向对焊缝成形的影响50-51
• 5.2 三维样件的焊接试验51-53
• 5.3 旁轴焊接和同轴焊接的对比53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论与展望54-56
• 研究结论54
• 展望54-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间所完成的学术成果60-62
• 致谢62

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本文编号：295970