基于光学诊断的激光焊接特性研究 ————从传导焊到深熔焊
发布时间：2023-03-26 21:30
激光焊接技术作为一种先进的连接技术,具有热影响区小、残余变形小、连接精度高和加工柔性好等优点,目前已被应用于航空航天、汽车与船舶制造等领域。一直以来,激光焊接被分为两种焊接模式:传导焊和深熔焊(小孔模式)。前者焊缝宽且浅,焊接过程稳定,焊缝质量高;后者输入能量密度大,焊缝深宽比大,焊接效率高。最新研究表明激光焊接从传导模式焊接向小孔模式焊接不是一个突变的过程,中间存在一个过渡区。不同焊接模式下的热、流行为会影响温度场分布和熔池形貌,进而影响焊缝组织、焊接质量和焊件机械性能。深入研究焊接过程从热传导模式到小孔模式的过渡对于全面理解、完善和发展激光焊接技术至关重要。激光焊接过程中产生的辐射信号是激光与物质相互作用的中心环节,能够反映焊接过程能量传递机制。辐射信号主要包括热辐射和等离子体辐射。基于光学诊断方法研究激光焊接不同模式的焊接特性,这对于揭示激光焊接机理,认识激光深熔焊接等离子体的物理特性具有十分重要的意义。本文首先采用红外热像仪和高速相机,直接观测了激光焊接316L不锈钢过程中不同焊接模式下的温度场演变和液体流动行为。研究了不同焊接模式下传热机制和熔池动态演变特征。根据熔池中的能量...
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 激光焊接技术
1.1.2 激光与物质作用
1.1.3 激光焊接过程辐射
1.2 国内外研究现状
1.2.1 激光焊接模式研究进展
1.2.2 基于热辐射的激光焊接光学诊断研究进展
1.2.3 基于等离子体辐射的激光焊接光学诊断研究进展
1.3 本文研究意义与内容
第2章 实验条件与设备
2.1 激光焊接实验平台及光学诊断设备
2.1.1 光纤激光焊接平台
2.1.2 红外热像仪
2.1.3 高温计
2.1.4 光纤光谱仪
2.1.5 高速摄相机
2.2 本章小结
第3章 激光焊接模式特征研究
3.1 实验方法
3.2 焊缝尺寸特征
3.2.1 焊缝横截面几何特征
3.2.2 焊缝熔深和深宽比随激光功率的变化
3.3 不同焊接模式温度场演变特征
3.3.1 红外热成像典型温度场
3.3.2 熔池形成阶段温度场演变
3.3.3 熔池凝固阶段温度场演变
3.3.4 准稳态熔池温度场分布
3.4 不同焊接模式熔池动态演变特征
3.4.1 熔池形成阶段熔池动态
3.4.2 熔池凝固阶段熔池动态
3.5 不同焊接模式焊缝表面形貌及组织特征
3.6 不同焊接模式熔池流动特征
3.7 本章小结
第4章 激光焊接不同模式焊缝特征监测
4.1 实验方法
4.2 不同激光离焦量下焊缝尺寸
4.3 不同激光离焦量下同轴温度信号
4.3.1 高温计探测区域大小对同轴温度信号的影响
4.3.2 同轴温度信号对激光功率的响应
4.4 温度信号与焊缝特征的关系
4.4.1 温度信号与焊缝深度和宽度关系
4.4.2 温度信号与焊接缺陷关系
4.5 焊接模式转变能量传递机制
4.6 本章小结
第5章 激光焊接等离子体空间分布特征研究
5.1 实验方法
5.2 等离子体物理参数特征
5.2.1 典型等离子体光谱分析
5.2.2 等离子体强度空间分布
5.2.3 等离子体电子温度空间分布
5.2.4 等离子体电子密度空间分布
5.2.5 局部热平衡(LTE)及光学薄分析
5.3 激光焊接等离子体吸收机制
5.4 本章小结
第6章 激光深熔焊接小孔特征研究
6.1 实验方法
6.2 深熔焊接小孔动态特征
6.2.1 条纹成像方法
6.2.2 深熔焊接小孔形成特征
6.2.3 深熔焊接孔内流动特征
6.3 深熔焊接孔内温度
6.3.1 深熔焊接孔内辐射特征
6.3.2 深熔焊接孔内温度
6.3.3 三明治法可重复性
6.4 深熔焊接等离子体形成
6.5 三明治观测法的局限性
6.6 本章小结
结论与展望
1 结论
2 论文主要创新点
3 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
本文编号：3771771
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 激光焊接技术
1.1.2 激光与物质作用
1.1.3 激光焊接过程辐射
1.2 国内外研究现状
1.2.1 激光焊接模式研究进展
1.2.2 基于热辐射的激光焊接光学诊断研究进展
1.2.3 基于等离子体辐射的激光焊接光学诊断研究进展
1.3 本文研究意义与内容
第2章 实验条件与设备
2.1 激光焊接实验平台及光学诊断设备
2.1.1 光纤激光焊接平台
2.1.2 红外热像仪
2.1.3 高温计
2.1.4 光纤光谱仪
2.1.5 高速摄相机
2.2 本章小结
第3章 激光焊接模式特征研究
3.1 实验方法
3.2 焊缝尺寸特征
3.2.1 焊缝横截面几何特征
3.2.2 焊缝熔深和深宽比随激光功率的变化
3.3 不同焊接模式温度场演变特征
3.3.1 红外热成像典型温度场
3.3.2 熔池形成阶段温度场演变
3.3.3 熔池凝固阶段温度场演变
3.3.4 准稳态熔池温度场分布
3.4 不同焊接模式熔池动态演变特征
3.4.1 熔池形成阶段熔池动态
3.4.2 熔池凝固阶段熔池动态
3.5 不同焊接模式焊缝表面形貌及组织特征
3.6 不同焊接模式熔池流动特征
3.7 本章小结
第4章 激光焊接不同模式焊缝特征监测
4.1 实验方法
4.2 不同激光离焦量下焊缝尺寸
4.3 不同激光离焦量下同轴温度信号
4.3.1 高温计探测区域大小对同轴温度信号的影响
4.3.2 同轴温度信号对激光功率的响应
4.4 温度信号与焊缝特征的关系
4.4.1 温度信号与焊缝深度和宽度关系
4.4.2 温度信号与焊接缺陷关系
4.5 焊接模式转变能量传递机制
4.6 本章小结
第5章 激光焊接等离子体空间分布特征研究
5.1 实验方法
5.2 等离子体物理参数特征
5.2.1 典型等离子体光谱分析
5.2.2 等离子体强度空间分布
5.2.3 等离子体电子温度空间分布
5.2.4 等离子体电子密度空间分布
5.2.5 局部热平衡(LTE)及光学薄分析
5.3 激光焊接等离子体吸收机制
5.4 本章小结
第6章 激光深熔焊接小孔特征研究
6.1 实验方法
6.2 深熔焊接小孔动态特征
6.2.1 条纹成像方法
6.2.2 深熔焊接小孔形成特征
6.2.3 深熔焊接孔内流动特征
6.3 深熔焊接孔内温度
6.3.1 深熔焊接孔内辐射特征
6.3.2 深熔焊接孔内温度
6.3.3 三明治法可重复性
6.4 深熔焊接等离子体形成
6.5 三明治观测法的局限性
6.6 本章小结
结论与展望
1 结论
2 论文主要创新点
3 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
本文编号：3771771
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3771771.html
