粉束流对激光焊接小孔与熔池特征影响的试验研究

发布时间：2020-04-05 22:51

【摘要】：形貌、温度和速度是激光填粉焊接小孔与熔池的重要特征信息,形貌、温度和速度的动态变化行为能够从一个方面反映焊接过程的稳定性。为了全面探究送粉速率和焊接速度对小孔与熔池特征信息的影响规律,分为表面特征(表面形貌、小孔表面温度、熔池表面温度和熔池表面速度)和内部特征(侧面形貌和小孔内部温度)。借助高速相机和比色高温计,分别搭建表面特征观测平台和内部特征观测平台进行试验观测。由高速相机捕获激光填粉焊接304不锈钢时小孔与熔池的形貌特征。就表面形貌而言,当粉末未达到该工艺下饱和时,小孔平均直径、熔池平均宽度和相同时刻下的熔池长度随着送粉速率增加而增加;当粉末达到饱和时,随着送粉速率继续增加,稳定后小孔平均直径和熔池平均宽度略有降低,并最终趋于动态稳定,相同时刻下的熔池长度没有明显差异。随着焊接速度的增加,稳定后的焊接熔池平均宽度随之降低,同时达到焊接熔池宽度的稳定时间也随之缩短。在相同时刻下,越大的焊接速度形成的熔池长度越长。就侧面形貌而言,当送粉速率小于14.15g/min时,焊接小孔深度随着送粉速率增加而增加;然而,当送粉速率大于14.15g/min时,随着送粉速率的增加,焊接小孔的深度存在着明显的降低。随着焊接速度增加,小孔稳定后的平均孔深和初始时刻最大的孔深变化速率降低,然而,小孔前沿孔壁的倾斜角度有增大的趋势。由比色高温计测量激光填粉焊接304不锈钢时小孔与熔池的温度特征。针对小孔表面温度,采取较大的送粉速率,焊接小孔表面温度较高;随着焊接速度增加,小孔达到动态稳定时表面的平均温度没有明显的变化。针对小孔内部温度,当送粉速率低于粉末饱和的临界速率时,焊接小孔内部特定区域的平均温度随着送粉速率的增加而增加;焊接小孔内部温度稳定后,其温度的平均值随着焊接速度的增加而降低。针对熔池表面温度,随着送粉速率和焊接速度的升高,稳定后熔池表面平均温度有升高的趋势。基于表面特征观测平台,高速相机拍摄粉末颗粒在焊接熔池表面的运动轨迹,进而试验测得熔池表面速度。粉末颗粒在焊接熔池表面的运动轨迹主要有两种形式:沿边缘式和横跨熔池宽度式。粉束流的送粉速率对于焊接熔池表面速率影响不大;熔池表面速度主要受到等离子体或是金属蒸气喷发作用的影响。随着焊接速度的增加,焊接熔池表面速度呈现下降的趋势。
【图文】：

激光深熔焊接,激光

第 1 章绪论及意义2025 的大背景下，激光焊接技术具有极为广阔制造技术”[1]。在焊接过程中，根据有无小孔的传导焊接和激光深熔焊接[2, 3]。若激光功率面吸热并熔化，但没有达到母材的气化温度，故熔池[4]；然而，若激光功率密度达到 105 107化，并气化形成等离子体。剧烈的光致等离子体池向下凹陷，由此形成小孔。小孔通过光束在孔反韧致辐射吸收获得激光能量。与激光热导焊相使得激光深熔焊接具有更大的熔深。图 1.1 同时

熔池表面,温度

时响应能力；同时，在实验测量小孔与熔池温度时，由金属蒸气喷发的干扰，，对实验结果产生较大的误差，这测方法。与熔池的表面温度容易获取，许多学者对这方面进行了rtois 等人[46]采用单色高温计的方法来测量熔池表面不得小孔后方 1mm 处的熔池表面温度约为 2300K，液态上的表面平均温度保持很好的一致性；然而在熔池长度低至熔化温度，如图 1.2 所示。并将实验结果与模拟结模型的准确性。通过激光-MAG 复合焊接 42CrMo 钢，仪观测熔池表面温度，试验测得不同工艺参数下温度随线的温度的峰值，并探究焊缝冷却速率对于气孔的影响，Bertrand 等人[48]采用二维单色高温计和单点高温计同表面温度。二维温度场有助于优化焊接过程；单点高温之间的温度偏移。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.7

【参考文献】