激光焊接同轴喷嘴流场模拟及实验研究

发布时间：2023-05-03 23:48

　　激光深熔焊接功率密度高,焊接过程中熔池正上方产生的等离子体/羽辉会对入射激光产生吸收或散射等不利影响。通常通过焊接喷嘴输出工作气体对等离子体/羽辉进行调控,并对焊接熔池进行保护,以保证焊接过程的稳定实施。在精密构件的激光焊接制造过程中,焊缝成形及焊接过程的稳定性尤为重要。为此,本文结合模拟计算、纹影试验及工艺试验的方法,针对CO₂激光器和光纤激光器,分别设计同轴焊接喷嘴,并对各自的气体流态及对焊缝成形的影响规律进行了研究,获取了优化的喷嘴结构及气体输入参数,有效调控了焊缝成形质量。首先针对同轴焊接喷嘴,利用fluent软件,对同轴喷嘴不同结构条件下气体流态进行模拟计算,发现同轴喷嘴各结构(气体输入通道、汇集区和输出段)对气体输出流态具有显著的影响。结合纹影试验,观测同轴喷嘴输出气体流态,发现优化结构的同轴喷嘴可以同时实现气体的层流输出和逆向输出,获得保护熔池和防止喷嘴上方空气卷入的双重效果。通过实施CO₂激光焊接试验,结合焊缝形貌分析,分析优化结构的同轴喷嘴在CO₂激光焊接时焊缝成形稳定性。通过试验研究,针对光纤激光深熔...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 激光焊接工作气体对焊接质量的影响
        1.2.2 激光焊接喷嘴结构的研究现状
        1.2.3 同轴焊接工作头输出气体流态的计算及观测方法
    1.3 研究内容
    1.4 文章结构
第2章 试验条件及分析方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验装备
    2.3 试验方法及装置
        2.3.1 气体流态观测装置及调节方法
        2.3.2 焊缝试样分析方法
        2.3.3 飞溅测量方法
        2.3.4 气体混合设备
第3章 同轴喷嘴输出气体流态的模拟计算
    3.1 同轴喷嘴结构分析
    3.2 气体流态模拟计算的模型建立及网格划分
        3.2.1 模型的建立
        3.2.2 网格划分及边界条件分析
    3.3 喷嘴结构对输出气体流态的影响规律
    3.4 不同气体输出参数条件下的输出气体模拟
        3.4.1 气体输入流量对输出气体流态的影响
        3.4.2 约束条件下喷嘴输出气体流态的模拟计算
    3.5 同轴喷嘴输出气体流态纹影试验及结果分析
        3.5.1 自由条件下喷嘴输出气体流态观测试验
        3.5.2 拘束条件下气体流态观测试验
        3.5.3 动态拘束条件下气体流态观测
    3.6 CO₂激光同轴喷嘴焊接工艺试验
    3.7 本章小结
第4章 双层同轴喷嘴流场模拟及焊接工艺试验研究
    4.1 光纤激光深熔焊接的特征及机理分析
    4.2 双层同轴喷嘴输出气体流态的模拟计算及纹影观测
    4.3 焊接工艺参数对焊接稳定性的影响规律
        4.3.1 激光功率对焊缝成形的影响规律
        4.3.2 输入气体流量对焊接成形的影响规律
        4.3.3 不同输入气体流量条件下焊缝表面质量的分析
        4.3.4 气氛对焊接性稳定的影响
        4.3.5 喷嘴距离工件表面高度对焊缝成形的影响规律
    4.4 喷嘴结构对焊接过程的影响规律
        4.4.1 双层同轴喷嘴外层喷嘴内壁结构对焊接过程的影响
        4.4.2 内层喷嘴同外层喷嘴出口端面位置关系对焊缝成形的影响
    4.5 光纤激光器同轴焊接工作头设计开发及应用
    4.6 本章小结
结论
    展望
参考文献
攻读硕士期间完成的成果
致谢



本文编号：3807530