超声辅助窄间隙激光填丝焊熔化成形及等离子体动态特征研究
发布时间：2021-11-12 08:15
厚板的焊接已广泛应用于核电工程、船舶制造、油气管道等诸多工业领域,成为必不可少的关键工艺技术。传统的弧焊方法焊接厚板不仅需要加工大角度坡口,更是由此带来了热输入高、焊后变形大及应力集中、焊接效率低、焊材消耗大等一系列问题。窄间隙激光填丝焊仅需加工48°的坡口,热输入低、焊后变形小,且焊丝的填入可以降低拼装间隙的敏感性、调节焊缝金属成分,实现了小功率激光器焊接大厚板。但窄间隙激光填丝焊由于熔池体积小,焊缝深宽比大,焊后易形成气孔及侧壁熔合等缺陷。本文在窄间隙激光填丝焊的基础上施加了超声,利用超声的空化效应及声流效应来调控窄间隙坡口内的等离子体和焊缝成形,从而来改善和提高窄间隙激光填丝焊的接头质量。首先搭建了超声辅助窄间隙坡口内激光填丝焊试验平台,并采用不同的参数进行了焊接工艺试验,通过对焊缝成形的分析,确定了优化的焊接工艺参数范围,从而实现了12mm厚Q345E钢超声辅助条件下的窄间隙激光填丝焊,焊后分析了接头的组织和性能。结果表明:超声可以有效地改善窄间隙激光填丝焊的气孔缺陷,相比常规窄间隙激光填丝焊,超声辅助激光填丝焊焊缝中的气孔率降低了50%,且气孔多集中在起...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 厚板的焊接方法
1.2.1 厚板结构的传统焊接方法
1.2.2 高能束焊接方法
1.2.3 窄间隙激光填丝焊技术
1.3 超声辅助焊接的发展及研究现状
1.3.1 超声辅助钎焊
1.3.2 超声辅助搅拌摩擦焊
1.3.3 超声辅助弧焊
1.3.4 超声辅助激光焊
1.4 激光等离子体特征的研究
1.5 本文的主要研究内容
第2章 试验材料及方法
2.1 试验材料
2.2 试验设备
2.2.1 焊接设备
2.2.2 焊接及数据采集平台
2.2.3 分析设备
第3章 超声辅助窄间隙激光填丝焊焊接工艺研究
3.1 前言
3.2 激光填丝焊打底焊道工艺研究
3.3 激光填丝焊填充焊道工艺研究
3.3.1 激光功率(P)对焊缝成形的影响
3.3.2 焊接速度(V_w)对焊缝成形的影响
3.3.3 送丝速度(V_f)对焊缝成形的影响
3.3.4 离焦量(Δf)对焊缝成形的影响
3.3.5 光丝交汇点高度(H_(LW))对焊缝成形的影响
3.4 激光填丝平板堆焊工艺研究
3.4.1 离焦量(Δf)对平板堆焊焊缝成形的影响
3.4.2 送丝速度(V_f)对平板堆焊焊缝成形的影响
3.4.3 光丝交汇点高度(H_(LW))对平板堆焊焊缝成形的影响
3.5 超声辅助窄间隙坡口内激光填丝多道焊
3.5.1 焊缝表面成形的无量纲分析
3.5.2 超声辅助激光填丝焊焊缝成形分析
3.5.3 超声辅助窄间隙激光填丝焊接头的组织和性能
3.6 本章小结
第4章 超声辅助窄间隙激光填丝焊等离子体特征研究
4.1 激光等离子体
4.2 等离子体形态及物理特征提取
4.2.1 等离子体高速摄影图像处理
4.2.2 等离子体面积的统计
4.2.3 等离子的光谱信息采集
4.2.4 等离子体电子密度计算
4.2.5 等离子体温度计算
4.3 不同超声加载条件下的等离子体形态及物理特性分析
4.3.1 不同超声加载条件下等离子体形态分析
4.3.2 不同超声加载条件下的等离子体电子密度分布
4.3.3 不同超声加载条件下的等离子体温度
4.4 本章小结
第5章 超声辅助窄间隙激光填丝焊熔化行为研究
5.1 激光填丝焊熔滴受力研究
5.1.1 激光填丝焊焊丝熔化热源分析
5.1.2 激光填丝焊熔滴受力分析
5.2 超声辅助激光填丝焊熔滴过渡基本特征分析
5.3 超声辅助窄间隙激光填丝焊熔滴过渡特征
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表或已录用的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声辅助激光焊接AZ31B合金接头组织与性能研究[J]. 耿纪龙,辛立军. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]转向架用Q345E钢窄间隙激光填丝焊接头组织和力学性能研究[J]. 阚晓阳,汪认,叶结和,王程昊,顾伟,赵勇. 热加工工艺. 2018(07)
[3]P92钢与Inconel 625合金厚板超窄间隙激光填丝焊接头的组织与性能[J]. 朱洪羽,聂璞林,李铸国,黄坚. 中国激光. 2018(06)
[4]厚板TC4钛合金磁控窄间隙TIG焊接工艺[J]. 余陈,张宇鹏,徐望辉,房卫萍. 电焊机. 2018(01)
[5]电镀阻隔层对钛/钢电子束焊接接头性能的影响[J]. 王亚荣,樊亚丽,余洋. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[6]电渣焊技术在钢轨焊接中的应用[J]. 李金华. 焊接技术. 2017(12)
[7]USB3.1 Type C超声辅助钎焊焊接性研究[J]. 赖志伟,许庆仁,舒胜辉,曾志,范涛,魏晶慧. 电焊机. 2017(04)
[8]530 mm超厚20MnMoNb锻件的窄间隙埋弧焊[J]. 徐然. 电焊机. 2017(04)
[9]430铁素体不锈钢钢带光纤激光填丝焊接工艺研究[J]. 孟云飞,叶兵,李翠,吴泽锋,喻亮,祁小勇,周昆. 焊接. 2016(10)
[10]搅拌摩擦焊超声振动系统的设计与分析[J]. 周光伟,傅波,姜铭仁. 机械制造. 2016(09)
博士论文
[1]铝合金超声辅助TIG焊声传播特性与焊缝晶粒细化机制[D]. 陈琪昊.哈尔滨工业大学 2018
[2]超声—电弧等离子体作用机制及焊接特性研究[D]. 谢伟峰.哈尔滨工业大学 2016
[3]高频电磁双脉冲TIG焊电弧行为研究[D]. 路林.沈阳工业大学 2014
[4]10Ni3CrMoV钢厚板激光焊接稳定性与接头组织及性能研究[D]. 胡连海.上海交通大学 2011
[5]激光填丝焊的焊丝熔入行为及工艺研究[D]. 余阳春.华中科技大学 2010
[6]大厚板高强钢双面双弧焊新工艺及机器人自动化焊接技术[D]. 张华军.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]超声辅助TIG焊2A12铝合金组织及力学性能研究[D]. 刘贤宝.青岛理工大学 2018
[2]超大厚度TA15钛合金电子束焊接及热处理工艺研究[D]. 旷小聪.南昌航空大学 2017
[3]镁合金超声辅助激光焊接特性研究[D]. 郭涛.哈尔滨工业大学 2017
[4]超声辅助Sn基钎料快速反应形成全化合物接头原理的研究[D]. 李明刚.哈尔滨工业大学 2017
[5]耐候钢SMA490BW激光-MAG电孤复合焊接工艺研究[D]. 荣豪.西南交通大学 2015
[6]窄间隙GMAW焊枪设计及立焊工艺特性研究[D]. 黄海艇.哈尔滨工业大学 2014
[7]厚板窄间隙非自熔性激光多层焊接研究[D]. 王天骄.华中科技大学 2013
[8]高强钢厚板超窄间隙CO2激光填丝多道焊研究[D]. 王柏平.上海交通大学 2013
[9]高速客车转向架多次补焊接头力学性能研究[D]. 李丹丹.大连交通大学 2011
[10]高强钢厚板激光填丝多层焊特性研究[D]. 朱先亮.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3490517
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 厚板的焊接方法
1.2.1 厚板结构的传统焊接方法
1.2.2 高能束焊接方法
1.2.3 窄间隙激光填丝焊技术
1.3 超声辅助焊接的发展及研究现状
1.3.1 超声辅助钎焊
1.3.2 超声辅助搅拌摩擦焊
1.3.3 超声辅助弧焊
1.3.4 超声辅助激光焊
1.4 激光等离子体特征的研究
1.5 本文的主要研究内容
第2章 试验材料及方法
2.1 试验材料
2.2 试验设备
2.2.1 焊接设备
2.2.2 焊接及数据采集平台
2.2.3 分析设备
第3章 超声辅助窄间隙激光填丝焊焊接工艺研究
3.1 前言
3.2 激光填丝焊打底焊道工艺研究
3.3 激光填丝焊填充焊道工艺研究
3.3.1 激光功率(P)对焊缝成形的影响
3.3.2 焊接速度(V_w)对焊缝成形的影响
3.3.3 送丝速度(V_f)对焊缝成形的影响
3.3.4 离焦量(Δf)对焊缝成形的影响
3.3.5 光丝交汇点高度(H_(LW))对焊缝成形的影响
3.4 激光填丝平板堆焊工艺研究
3.4.1 离焦量(Δf)对平板堆焊焊缝成形的影响
3.4.2 送丝速度(V_f)对平板堆焊焊缝成形的影响
3.4.3 光丝交汇点高度(H_(LW))对平板堆焊焊缝成形的影响
3.5 超声辅助窄间隙坡口内激光填丝多道焊
3.5.1 焊缝表面成形的无量纲分析
3.5.2 超声辅助激光填丝焊焊缝成形分析
3.5.3 超声辅助窄间隙激光填丝焊接头的组织和性能
3.6 本章小结
第4章 超声辅助窄间隙激光填丝焊等离子体特征研究
4.1 激光等离子体
4.2 等离子体形态及物理特征提取
4.2.1 等离子体高速摄影图像处理
4.2.2 等离子体面积的统计
4.2.3 等离子的光谱信息采集
4.2.4 等离子体电子密度计算
4.2.5 等离子体温度计算
4.3 不同超声加载条件下的等离子体形态及物理特性分析
4.3.1 不同超声加载条件下等离子体形态分析
4.3.2 不同超声加载条件下的等离子体电子密度分布
4.3.3 不同超声加载条件下的等离子体温度
4.4 本章小结
第5章 超声辅助窄间隙激光填丝焊熔化行为研究
5.1 激光填丝焊熔滴受力研究
5.1.1 激光填丝焊焊丝熔化热源分析
5.1.2 激光填丝焊熔滴受力分析
5.2 超声辅助激光填丝焊熔滴过渡基本特征分析
5.3 超声辅助窄间隙激光填丝焊熔滴过渡特征
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表或已录用的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声辅助激光焊接AZ31B合金接头组织与性能研究[J]. 耿纪龙,辛立军. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]转向架用Q345E钢窄间隙激光填丝焊接头组织和力学性能研究[J]. 阚晓阳,汪认,叶结和,王程昊,顾伟,赵勇. 热加工工艺. 2018(07)
[3]P92钢与Inconel 625合金厚板超窄间隙激光填丝焊接头的组织与性能[J]. 朱洪羽,聂璞林,李铸国,黄坚. 中国激光. 2018(06)
[4]厚板TC4钛合金磁控窄间隙TIG焊接工艺[J]. 余陈,张宇鹏,徐望辉,房卫萍. 电焊机. 2018(01)
[5]电镀阻隔层对钛/钢电子束焊接接头性能的影响[J]. 王亚荣,樊亚丽,余洋. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[6]电渣焊技术在钢轨焊接中的应用[J]. 李金华. 焊接技术. 2017(12)
[7]USB3.1 Type C超声辅助钎焊焊接性研究[J]. 赖志伟,许庆仁,舒胜辉,曾志,范涛,魏晶慧. 电焊机. 2017(04)
[8]530 mm超厚20MnMoNb锻件的窄间隙埋弧焊[J]. 徐然. 电焊机. 2017(04)
[9]430铁素体不锈钢钢带光纤激光填丝焊接工艺研究[J]. 孟云飞,叶兵,李翠,吴泽锋,喻亮,祁小勇,周昆. 焊接. 2016(10)
[10]搅拌摩擦焊超声振动系统的设计与分析[J]. 周光伟,傅波,姜铭仁. 机械制造. 2016(09)
博士论文
[1]铝合金超声辅助TIG焊声传播特性与焊缝晶粒细化机制[D]. 陈琪昊.哈尔滨工业大学 2018
[2]超声—电弧等离子体作用机制及焊接特性研究[D]. 谢伟峰.哈尔滨工业大学 2016
[3]高频电磁双脉冲TIG焊电弧行为研究[D]. 路林.沈阳工业大学 2014
[4]10Ni3CrMoV钢厚板激光焊接稳定性与接头组织及性能研究[D]. 胡连海.上海交通大学 2011
[5]激光填丝焊的焊丝熔入行为及工艺研究[D]. 余阳春.华中科技大学 2010
[6]大厚板高强钢双面双弧焊新工艺及机器人自动化焊接技术[D]. 张华军.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]超声辅助TIG焊2A12铝合金组织及力学性能研究[D]. 刘贤宝.青岛理工大学 2018
[2]超大厚度TA15钛合金电子束焊接及热处理工艺研究[D]. 旷小聪.南昌航空大学 2017
[3]镁合金超声辅助激光焊接特性研究[D]. 郭涛.哈尔滨工业大学 2017
[4]超声辅助Sn基钎料快速反应形成全化合物接头原理的研究[D]. 李明刚.哈尔滨工业大学 2017
[5]耐候钢SMA490BW激光-MAG电孤复合焊接工艺研究[D]. 荣豪.西南交通大学 2015
[6]窄间隙GMAW焊枪设计及立焊工艺特性研究[D]. 黄海艇.哈尔滨工业大学 2014
[7]厚板窄间隙非自熔性激光多层焊接研究[D]. 王天骄.华中科技大学 2013
[8]高强钢厚板超窄间隙CO2激光填丝多道焊研究[D]. 王柏平.上海交通大学 2013
[9]高速客车转向架多次补焊接头力学性能研究[D]. 李丹丹.大连交通大学 2011
[10]高强钢厚板激光填丝多层焊特性研究[D]. 朱先亮.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3490517
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