不锈钢高功率激光焊接熔深增加与缺陷控制研究
发布时间：2021-07-27 14:44
304不锈钢以优良的耐蚀性能和良好的机械加工性能而在核电工业中得到广泛的应用。对304不锈钢大型结构厚板的焊接,成为核电装备制造中的一道关键的技术。传统的弧焊焊接变形大,焊工的劳动强度大,效率低。高功率激光深熔焊技术在包括核电装备在内的大型结构制造业中得到推广应用。激光深熔焊具有大的深宽比、小的热影响区及焊接变形、高的效率等优点,而高功率的光纤激光由于光束质量高及加工柔韧性好等特点在厚板的焊接领域中受到广泛关注。然而,使用高功率激光焊接304不锈钢厚板时,由于激光能量的损耗,焊接熔深会受到一定程度的影响;另外,焊接时会有飞溅、气孔、焊缝背部焊瘤等缺陷的产生,对焊缝成形和焊缝质量造成极大影响。基于上述应用背景和实际焊接时所存在的问题,本文对高功率光纤激光焊接304不锈钢能量的利用和损耗进行计算,揭示小孔所吸收的能量对焊缝尺寸的影响规律;提出提升激光能量利用率及焊缝熔深的方法,对相关机理进行阐释;对缺陷产生进行研究,阐明不同条件下缺陷的产生规律,采取措施抑制缺陷。通过本文的研究,为光纤激光焊接厚板在工业中的应用提供实际和理论的指导。首先,研究光纤激光焊接304不锈钢时焊接模式从热导焊转变为...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：184 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光纤激光焊接时不同羽烟高度下所对应焊缝的熔深[50]
4图 1-2 不同压强下光纤激光焊接（a）金属羽烟，（b）焊缝截面[59]he weld plume and (b) cross-section of the fiber laser welding under differe等[62-63]比较了深熔小孔对于激光波长为 1μm 和 10μm 的激光的孔对于光束的吸收率要大于波长较大时的吸收率，所以同样焊接以得到更大的熔深。Kawahito 等[64]用不同激光斑点光束直径进μm、360μm、580μm、1500μm，结果如图 1-3(a)所示，可以看 时，光斑直径越小，焊缝的熔深越大。对于不同功率对熔深的光的吸收率进行了计算[65]，结果如图 1-3(b)所示，随着功率的增
图 1-3 （a）不同激光斑点下光纤激光焊接的熔深变化[64]，（b）不同激光功率下焊缝熔深的变化[65]Fig. 1-3 (a) Effect of beam diameter on penetration depth of weld bead with the fiber laser of 10kW[64]and(b) effect of laser power on penetration depth[65]Katayama 等[66]对不同速度下的焊接过程进行详细观察，对相应的激光吸收率进行分析，结果如图 1-4 所示。可以看到，焊速越低，小孔对光束的吸收率越大。在焊速为2m/min 时的吸收率为 84%，焊速为 15m/min 时的吸收率为 68%。这是因为不同的焊速下，光束的作用中心和小孔的相对位置不同。焊速较低时，光束基本可以完全到达小孔中而被吸收；而焊速较高时，相当部分的光束被小孔前面的固体吸收，降低小孔对能量的吸收率。图 1-5 显示了不同焊速下的焊缝成形及焊缝截面，焊速的增大，不仅使熔深降低，焊缝表面成形的影响也比较大，特别是焊接速度增大到 10m/min，有较大飞溅生成，焊缝表面塌陷。Wang 等[67]在不锈钢的激光焊时施加磁场，使得焊缝的熔宽降低 20%，熔深增加18%。许多学者[68-69]还借鉴了活性钨极气保焊(A-TIG)的技术，提出了使用活性剂提升激光熔深的焊接方法。结果发现，活性剂的加入可以在表面张力作用下使熔池得到向内的
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮在钢液中溶解的热力学及动力学研究[J]. 战东平,邱国兴,牛奔,姜周华,董大西,杨峰功,胡云生,张慧书. 炼钢. 2015(05)
[2]激光小孔型气孔产生原因及抑制方法[J]. 滕彬,杨海锋,王小朋,王诗洋,孙明辉. 焊接. 2015(09)
[3]光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰的影响[J]. 周聪,夏海龙,陈根余,李时春,黎长邹. 激光技术. 2015(05)
[4]10kW光纤激光焊接缺陷的形成[J]. 赵琳,塚本进,荒金吾郎,张岩,田志凌. 焊接学报. 2015(07)
[5]气流辅助增强匙孔激光焊熔深增加机理[J]. 沈显峰,滕文华,许超,张伟超. 焊接学报. 2015(02)
[6]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)
[7]万瓦级光纤激光焊接过程中小孔内外等离子体研究[J]. 李时春,陈根余,周聪,陈晓锋,周宇. 物理学报. 2014(10)
[8]我国工业焊接技术的现状及发展前景分析[J]. 蒋伟波. 科技创新与应用. 2014(04)
[9]气流辅助增强小孔激光焊的熔池小孔特征(英文)[J]. 沈显峰,刘世杰. 稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[10]高功率光纤激光和CO2激光焊接熔化效率对比[J]. 邹江林,吴世凯,肖荣诗,张心怡,牛建强. 中国激光. 2013(08)
博士论文
[1]万瓦级激光深熔焊接中金属蒸气与熔池耦合行为研究[D]. 李时春.湖南大学 2014
[2]高氮奥氏体不锈钢的冶炼理论基础及其材料性能研究[D]. 李花兵.东北大学 2008
[3]基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D]. 张屹.湖南大学 2005
硕士论文
[1]高压底吹氮法高氮钢冶金动力学基础研究[D]. 张士岩.河北理工学院 2004
本文编号：3305988
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：184 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光纤激光焊接时不同羽烟高度下所对应焊缝的熔深[50]
4图 1-2 不同压强下光纤激光焊接（a）金属羽烟，（b）焊缝截面[59]he weld plume and (b) cross-section of the fiber laser welding under differe等[62-63]比较了深熔小孔对于激光波长为 1μm 和 10μm 的激光的孔对于光束的吸收率要大于波长较大时的吸收率，所以同样焊接以得到更大的熔深。Kawahito 等[64]用不同激光斑点光束直径进μm、360μm、580μm、1500μm，结果如图 1-3(a)所示，可以看 时，光斑直径越小，焊缝的熔深越大。对于不同功率对熔深的光的吸收率进行了计算[65]，结果如图 1-3(b)所示，随着功率的增
图 1-3 （a）不同激光斑点下光纤激光焊接的熔深变化[64]，（b）不同激光功率下焊缝熔深的变化[65]Fig. 1-3 (a) Effect of beam diameter on penetration depth of weld bead with the fiber laser of 10kW[64]and(b) effect of laser power on penetration depth[65]Katayama 等[66]对不同速度下的焊接过程进行详细观察，对相应的激光吸收率进行分析，结果如图 1-4 所示。可以看到，焊速越低，小孔对光束的吸收率越大。在焊速为2m/min 时的吸收率为 84%，焊速为 15m/min 时的吸收率为 68%。这是因为不同的焊速下，光束的作用中心和小孔的相对位置不同。焊速较低时，光束基本可以完全到达小孔中而被吸收；而焊速较高时，相当部分的光束被小孔前面的固体吸收，降低小孔对能量的吸收率。图 1-5 显示了不同焊速下的焊缝成形及焊缝截面，焊速的增大，不仅使熔深降低，焊缝表面成形的影响也比较大，特别是焊接速度增大到 10m/min，有较大飞溅生成，焊缝表面塌陷。Wang 等[67]在不锈钢的激光焊时施加磁场，使得焊缝的熔宽降低 20%，熔深增加18%。许多学者[68-69]还借鉴了活性钨极气保焊(A-TIG)的技术，提出了使用活性剂提升激光熔深的焊接方法。结果发现，活性剂的加入可以在表面张力作用下使熔池得到向内的
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮在钢液中溶解的热力学及动力学研究[J]. 战东平,邱国兴,牛奔,姜周华,董大西,杨峰功,胡云生,张慧书. 炼钢. 2015(05)
[2]激光小孔型气孔产生原因及抑制方法[J]. 滕彬,杨海锋,王小朋,王诗洋,孙明辉. 焊接. 2015(09)
[3]光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰的影响[J]. 周聪,夏海龙,陈根余,李时春,黎长邹. 激光技术. 2015(05)
[4]10kW光纤激光焊接缺陷的形成[J]. 赵琳,塚本进,荒金吾郎,张岩,田志凌. 焊接学报. 2015(07)
[5]气流辅助增强匙孔激光焊熔深增加机理[J]. 沈显峰,滕文华,许超,张伟超. 焊接学报. 2015(02)
[6]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)
[7]万瓦级光纤激光焊接过程中小孔内外等离子体研究[J]. 李时春,陈根余,周聪,陈晓锋,周宇. 物理学报. 2014(10)
[8]我国工业焊接技术的现状及发展前景分析[J]. 蒋伟波. 科技创新与应用. 2014(04)
[9]气流辅助增强小孔激光焊的熔池小孔特征(英文)[J]. 沈显峰,刘世杰. 稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[10]高功率光纤激光和CO2激光焊接熔化效率对比[J]. 邹江林,吴世凯,肖荣诗,张心怡,牛建强. 中国激光. 2013(08)
博士论文
[1]万瓦级激光深熔焊接中金属蒸气与熔池耦合行为研究[D]. 李时春.湖南大学 2014
[2]高氮奥氏体不锈钢的冶炼理论基础及其材料性能研究[D]. 李花兵.东北大学 2008
[3]基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D]. 张屹.湖南大学 2005
硕士论文
[1]高压底吹氮法高氮钢冶金动力学基础研究[D]. 张士岩.河北理工学院 2004
本文编号：3305988
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3305988.html
