焊丝在激光热源作用下的熔入行为及成型特征研究

发布时间：2020-05-22 23:08

【摘要】：基于金属丝材的激光焊接、熔覆和增材制造等技术以能量密度高、穿透性强的激光束为热源,焊后工件应力变形小;以金属丝材作为填充金属,改善焊缝冶金成分、抑制焊接裂纹的同时提高了焊接的经济性;在汽车制造、航空航天、船舶重工及高精尖零部件的焊接、熔敷修复和一体化增材成形等领域有广阔应用前景。然而,金属丝材的添加使得焊接过程稳定性和焊缝成形质量的控制变得更加困难。辅助于高速摄像采集系统进行平板单道堆焊工艺试验,本文分阶段对焊丝的熔化机制、液态金属的过渡行为和工艺参数对焊缝成形质量的影响进行了系统研究,发现:焊丝在激光热量、金属蒸汽热辐射和熔池液态金属热传导作用下熔化,激光功率、焊丝送进位置和送丝速度是影响焊丝熔化机制的关键因素。通过分析高速摄像采集到的焊丝熔入过程,焊丝熔化后液态金属的过渡方式主要有铺展过渡、大滴过渡和液桥过渡三种典型方式。铺展过渡时,由于送丝速度极小过渡到熔池中的金属体积小,焊缝表面形貌类似于自熔焊,焊接过程不稳定且焊接效率低。大滴过渡时,液态金属以大滴状过渡到熔池中时对熔池造成冲击导致焊接过程不稳定,焊缝表面呈现不连续的颗粒状,虽然可通过调整大滴过渡周期时间和焊接速度来控制焊疤间距从而对焊缝形貌进行优化,但工艺窗口较窄且难于实现。液桥过渡是最理想的液态金属过渡方式;激光束和焊丝部分重叠时在很宽的工艺参数范围内均能形成稳定的液桥过渡,液桥过渡时激光功率的可调性和对焊接过程波动适应性最强,焊接过程稳定且焊缝成形质量最好。对焊丝送进位置优化后,结合不同工艺参数下高速摄像采集到的焊接过程,系统研究了激光功率、焊接速度、送丝速度和角度、离焦量等工艺参数对焊缝表面形貌、熔宽、熔深和余高等成型特征的影响,揭示了焊缝成形质量与焊丝熔入过程的内部联系。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.7

【参考文献】

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本文编号：2676757