碩士畢業(yè)論文外加電場下低功率釔鋁石榴石激光焊接機理分析

時間：2024-08-25 06:25:15 碩士論文我要投稿

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碩士畢業(yè)論文外加電場下低功率釔鋁石榴石激光焊接機理分析

　　論文類型：碩士畢業(yè)論文論文字數(shù)：60000字論點：激光,電弧,復合論文概述：

　　本文從焊縫表面形貌、熔深、焊接等離子體形態(tài)、等離子體光譜等度入手對比了有無外加電場下，TIG焊接、低功率YAG激光悍接及其復合焊接的變化，并在此基礎上分析了外加電場對TIG焊接

　　論文正文：

　　第一章是介紹

　　1.1激光+電弧混合熱源焊接技術

　　1.1.1激光+電弧混合熱源端口連接技術1801年提出

　　杜威發(fā)現(xiàn)了電弧放電現(xiàn)象，這是現(xiàn)代對接技術的起點。1920年，英國全尺寸船下水使用。電弧焊(Arc welding)是一種利用高溫電弧將焊接金屬熔化并熔合成焊接接頭的焊接方法。它的本質是氣體放電。這種低能量密度的電弧焊技術已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟的金屬連接技術，并廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)[1】。今天，弧焊技術仍活躍在工業(yè)生產(chǎn)階段，因為它具有以下優(yōu)點:生產(chǎn)成本低(能量利用率可達到輸入功率的60%以上)、工裝要求低、橋接能力強(焊接工件的平面度和間隙要求不嚴格)、烘烤件厚度大。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電弧保護的焊接速度慢、熔化深度低、深寬比小、熱影響區(qū)大等缺點限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用。激光是一種高能量密度的高能光束，在打標、鉆孔、雕刻、微加工、材料切割、焊接等領域受到廣泛關注。因為它進入了工業(yè)生產(chǎn)領域。西奧多·梅曼(Theodore Maiman)在1960年發(fā)明了第一臺激光[2]，對激光與材料相互作用以及激光在材料加工領域的應用的研究始于1963年。激光焊接，即激光束照射材料，使其表面在高溫下熔化成液態(tài)，然后冷卻固化的封閉方法。激光作為一種高能光束，具有深寬比大、焊接接頭殘余應力低、焊接速度快的優(yōu)點。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，激光已經(jīng)成為21世紀的先進焊接技術。然而，激光焊接技術存在焊接成本高、光束能量利用率低、不適合焊接較厚的板材等缺點，極大地限制了其廣泛應用。

　　針對電弧焊和激光焊接的優(yōu)缺點，一種新的復合焊接技術——激光+電弧復合熱源焊接技術應運而生。激光+電弧復合熱源焊接技術的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。第一階段是激光+電弧復合熱源焊接技術的發(fā)明階段，由英國學者SteenW提出。我在20世紀70年代末。Steen W.M .研究了激光與電弧相互作用的基本特性。激光+電弧復合熱源技術的第二階段始于20世紀80年代中期。結果表明，激光會影響電弧柱行為，提高電弧熱燙效果，從而促進電弧熱燙技術的發(fā)展。激光+電弧復合熱源技術的第三階段始于1990年。在這一階段，連續(xù)CO2激光焊接已經(jīng)在工業(yè)中得到很好的應用。激光是主要熱源，電弧是次要熱源。該技術結合了兩種焊接技術的優(yōu)點，使兩種焊接技術相輔相成，形成了一種全新的高效早期焊接技術，優(yōu)于以往已知的技術。激光電弧復合熱源焊接技術的機理是兩種不同的能量傳遞機理和物理性能:焊接熱源作用在工件的同一位置，從而提高焊接質量。

　　1.1.2激光+電弧復合熱源焊接技術分類

　　激光與電弧的相對位置。復合熱源焊接技術可分為近軸和同軸組合。隨著電弧焊的發(fā)展，根據(jù)電弧的不同類型，激光與電弧的復合方法主要有:激光+鎢極氬弧焊(laser +TIG)、激光+MIG/MAG、激光+等離子弧、激光+雙弧復合、激光+埋弧焊復合等。根據(jù)激光器的類型，可分為CO2激光器+電弧復合熱源焊接、YAG激光器+電弧復合熱源選擇性焊接和高功率光纖激光器+電弧復合熱源焊接。

　　(1)激光+鎢極氬弧焊復合焊接激光+電弧復合熱源焊接首次從CO2激光和鎢極氬弧焊[4]的近軸組合進行研究，這是在1979年由STEEN，W.M提出的。在激光+TIGfi復合熱源的焊接過程中，激光功率、TIG電流、鎢極高度、激光與TIG電弧的夾角、燈絲間距(Dla)、激光散焦量、保護氣體流量、焊接速度等焊接參數(shù)是影響激光+T1G電弧復合焊接效果的重要因素。由于激光與鎢極氬弧焊的相互作用，實現(xiàn)了1+1>2的焊接效果，使得激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接具有獨特的優(yōu)勢。結果表明，復合焊接的熔化效率提高可達83.6%，焊接熔深可達TIG焊接熔深的3倍以上，激光焊接速度可達TIG焊接速度的10倍以上，激光焊接速度可達TIG焊接速度的2倍以上。在激光+鎢極氬弧焊復合焊接中，由于激光對鎢極氬弧焊的吸引力、收縮性和穩(wěn)定性，仍能實現(xiàn)高速良好的焊接。接縫外觀美觀，氣孔、底切等早期接縫缺陷大大減少。此外，與鎢極氬弧焊相比，復合熱源顯著提高了接頭的機械性能，使其相當于母材。激光+鎢極氬弧焊近軸復合焊接是一種非對稱熱源復合焊接。激光首先穿過電弧，然后作用在基底金屬上。因此，電弧將屏蔽激光。同時，當大體積鎢極氬弧焊炬與激光結合時，對電極高度等實驗參數(shù)的精度要求很高。由于鎢電極是非熔化電極，上述缺點可以通過激光+鎢極氬弧焊電弧-軸連接來改善。同軸化合物在連接過程中是穩(wěn)定的，因為它沒有連接)。連接速度也大大提高，有利于氣體溢出和接頭氣孔的減少。

　　(2)激光+MIG/MAG電弧混合焊接1985年，NagataS等人[27]在激光+MIG/MAG電弧傍軸混合熱源焊接技術的研究中處于領先地位。這種復合焊接方法利用填絲焊接的優(yōu)點，增強了復合焊接的適應性。米格/軍法署署長；早期細絲的熔化增加了熔池中熔融金屬的量，并且正在增加。當二次接頭穿透較深，提高了熱燙接頭的橋接性能時，對對接工裝精度的要求，如間隙、錯邊、接頭工裝適中等也降低了。激光+MIG/MAG電弧復合焊接技術還改善了焊縫的冶金性能和顯微組織，減少了烘烤焊縫的咬邊和凹陷等成形缺陷。與激光+鎢極氬弧焊相比，激光+MIG復合熱源板厚更大，焊接適應性更強。與單激光器相比，激光+MIG/MAG電弧復合焊接中電弧能量的冷卻狀態(tài)受力方便控制，有利于熔池中氣體的溢出、氣孔的消除和裂紋的減少。與單獨M1G/MAG電弧焊相比，激光+MIG/MAG電弧焊中的激光可以提高電弧焊的穩(wěn)定性，提高電弧焊的效率。此外，在合適的參數(shù)下，可以實現(xiàn)熔滴轉移方式的改變，使焊接過程更加穩(wěn)定，減少單獨進行MIG/MAG電弧焊接時的飛濺。正是由于激光+MIG/MAG lU電弧復合焊接的獨特優(yōu)勢，復合焊接技術成為目前最受關注的研究方向之一。

　　1.2電磁焊接技術...................18-21

　　1.3焊接過程中的等離子體觀察和采集...................21-23

　　1.4本文的主要內(nèi)容是...................23-25

　　第二章實驗材料、設備和方法...................25-32

　　2.1實驗材料...................25

　　2.2實驗設備和方法...................25-31

　　2.3本章概述...................31-32

　　第三章外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接工藝研究.........32-41

　　3.1外部電場對鎢極氬弧焊的影響...................32-34[/溴/] 3.2外電場對低功率釔鋁石榴石激光焊接的影響...................34-36

　　3.3外電場對低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊混合熱源焊接的影響.........36-40 [/BR/] 3.4本章概述...................40-41

　　第四章外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊混合熱源焊接等離子體信息研究.......41-61[/溴/] 4.1焊接等離子體形態(tài)采集...................41-50

　　4.2復合熱源焊接等離子體光譜采集...................50-52[/溴/] 4.3復合焊接等離子體電子溫度和電子密度52-59[/溴/] 4.4本章總結...................59-61

　　第五章外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接機理研究........61-67

　　5.1外加電場下鎢極氬弧焊機理分析...................61-62

　　5.2外電場作用下低功率釔鋁石榴石激光器焊接機理分析...................62-64[/溴/] 5.3外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接機理分析........64-66 [/BR/] 5.4本章概述...................66-67

　　結論

　　從焊縫表面形貌、熔深、焊接等離子體形貌和等離子體光譜等方面比較了鎢極氬弧焊、低功率YAG激光焊和有無外加電場復合焊的變化。在此基礎上，分析了外加電場對鎢極氬弧焊、低功率釔鋁石榴石激光焊接及其復合焊接的作用機理，以及激光-電弧復合焊接過程中電弧電場對復合熱源的作用，得出以下結論:

　　1.外加電場對DC鎢極氬弧焊的焊縫表面形貌、熔深和電弧等離子體沒有影響，即外加電場對DC鎢極氬弧焊沒有影響。

　　2.對于低功率釔鋁石榴石激光焊接，施加電場后焊接熔深增加，電場越大，增加越顯著。在相同的電場電壓下，激光功率越大，穿透力越大。激光誘導光誘導電離——休的亮度隨著電場強度的增大而增大，體積增大，剛度增大，這種變化趨勢更加明顯。然而，低功率釔鋁石榴石激光焊縫的表面形貌在應用范圍內(nèi)沒有變化。

　　3.對于外加電場的低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接，焊縫表面形貌不變。只有在適當?shù)膶嶒瀰?shù)下，焊接熔深才會增加，低功率釔鋁石榴石激光器在電場作用下電場越強，熔深增加越明顯。隨著熔深的增加，焊接等離子體亮度增加，硬塊變強。

　　4.外場作用下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接等離子體集鬼結果光譜的主譜線、譜線、線和線組成與所謂的郝迪釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復合熱源焊接沒有變化。實驗參數(shù)有利于增加外場作用下復合焊接的熔深，提高外場作用下的譜線強度。此時，等離子體的溫度降低，電子密度增加。

　　參考

　　[1]楊春利，林三寶�；『富A[。哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，20xx。

　　[2]PHY應用巨脈沖公司生產(chǎn)的紫外線能量。[1963]

　　[3]麥曼:魯比的光學和微波光學實驗，物理雜志94，564(1960)

　　[4]準備好:由巨脈沖激光蒸發(fā)的材料羽流的發(fā)展，應用物理雜志列特。3，11 (1963)

　　[5]陳嚴斌�，F(xiàn)代激光焊接技術[。北京:科學出版社，20xx。

　　[6]鋼鐵，w.m .切割、焊接、鉆孔和表面處理的方法和設備。帕特。英國國際機場1547172號。CI。B23K26/00，9/00，06.06.79出版。

　　[7]斯汀·威·馬克材料增強激光加工[J]。應用物理學雜志，1980，51:5636-5641。

　　[8]埃布，m .，斯汀，W. M .，克拉克，J. (1978)電弧增強激光焊接，In:焊接工藝的進展，第四屆國際會議錄。糖膏劑，英格蘭，哈羅蓋特，第1卷，第257-265頁。

　　[9]斯汀·威明，埃布·米.電弧增強激光焊接[]。《金屬結構》，1979，11 (6):332-335。