碩士畢業(yè)論文外加電場(chǎng)下低功率釔鋁石榴石激光焊接機(jī)理分析

時(shí)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(chǎng)下低功率釔鋁石榴石激光焊接機(jī)理分析

　　論文類型：碩士畢業(yè)論文論文字?jǐn)?shù)：60000字論點(diǎn)：激光,電弧,復(fù)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(duì)比了有無外加電場(chǎng)下，TIG焊接、低功率YAG激光悍接及其復(fù)合焊接的變化，并在此基礎(chǔ)上分析了外加電場(chǎng)對(duì)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(shù)

　　1.1.1激光+電弧混合熱源端口連接技術(shù)1801年提出

　　杜威發(fā)現(xiàn)了電弧放電現(xiàn)象，這是現(xiàn)代對(duì)接技術(shù)的起點(diǎn)。1920年，英國(guó)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(zhì)是氣體放電。這種低能量密度的電弧焊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟的金屬連接技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[1】。今天，弧焊技術(shù)仍活躍在工業(yè)生產(chǎn)階段，因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn):生產(chǎn)成本低(能量利用率可達(dá)到輸入功率的60%以上)、工裝要求低、橋接能力強(qiáng)(焊接工件的平面度和間隙要求不嚴(yán)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(hù)的焊接速度慢、熔化深度低、深寬比小、熱影響區(qū)大等缺點(diǎn)限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。激光是一種高能量密度的高能光束，在打標(biāo)、鉆孔、雕刻、微加工、材料切割、焊接等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。因?yàn)樗M(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。西奧多·梅曼(Theodore Maiman)在1960年發(fā)明了第一臺(tái)激光[2]，對(duì)激光與材料相互作用以及激光在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)力低、焊接速度快的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，激光已經(jīng)成為21世紀(jì)的先進(jìn)焊接技術(shù)。然而，激光焊接技術(shù)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(diǎn)，極大地限制了其廣泛應(yīng)用。

　　針對(duì)電弧焊和激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)，一種新的復(fù)合焊接技術(shù)——激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的發(fā)明階段，由英國(guó)學(xué)者SteenW提出。我在20世紀(jì)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(fù)合熱源技術(shù)的第二階段始于20世紀(jì)80年代中期。結(jié)果表明，激光會(huì)影響電弧柱行為，提高電弧熱燙效果，從而促進(jìn)電弧熱燙技術(shù)的發(fā)展。激光+電弧復(fù)合熱源技術(shù)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(yīng)用。激光是主要熱源，電弧是次要熱源。該技術(shù)結(jié)合了兩種焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使兩種焊接技術(shù)相輔相成，形成了一種全新的高效早期焊接技術(shù)，優(yōu)于以往已知的技術(shù)。激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的機(jī)理是兩種不同的能量傳遞機(jī)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(zhì)量。

　　1.1.2激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)分類

　　激光與電弧的相對(duì)位置。復(fù)合熱源焊接技術(shù)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(fù)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(fù)合、激光+埋弧焊復(fù)合等。根據(jù)激光器的類型，可分為CO2激光器+電弧復(fù)合熱源焊接、YAG激光器+電弧復(fù)合熱源選擇性焊接和高功率光纖激光器+電弧復(fù)合熱源焊接。

　　(1)激光+鎢極氬弧焊復(fù)合焊接激光+電弧復(fù)合熱源焊接首次從CO2激光和鎢極氬弧焊[4]的近軸組合進(jìn)行研究，這是在1979年由STEEN，W.M提出的。在激光+TIGfi復(fù)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(hù)氣體流量、焊接速度等焊接參數(shù)是影響激光+T1G電弧復(fù)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(shí)現(xiàn)了1+1>2的焊接效果，使得激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明，復(fù)合焊接的熔化效率提高可達(dá)83.6%，焊接熔深可達(dá)TIG焊接熔深的3倍以上，激光焊接速度可達(dá)TIG焊接速度的10倍以上，激光焊接速度可達(dá)TIG焊接速度的2倍以上。在激光+鎢極氬弧焊復(fù)合焊接中，由于激光對(duì)鎢極氬弧焊的吸引力、收縮性和穩(wěn)定性，仍能實(shí)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(fù)合熱源顯著提高了接頭的機(jī)械性能，使其相當(dāng)于母材。激光+鎢極氬弧焊近軸復(fù)合焊接是一種非對(duì)稱熱源復(fù)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(shí)，當(dāng)大體積鎢極氬弧焊炬與激光結(jié)合時(shí)，對(duì)電極高度等實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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?yàn)樗鼪]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(shù)的研究中處于領(lǐng)先地位。這種復(fù)合焊接方法利用填絲焊接的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了復(fù)合焊接的適應(yīng)性。米格/軍法署署長(zhǎng)；早期細(xì)絲的熔化增加了熔池中熔融金屬的量，并且正在增加。當(dāng)二次接頭穿透較深，提高了熱燙接頭的橋接性能時(shí)，對(duì)對(duì)接工裝精度的要求，如間隙、錯(cuò)邊、接頭工裝適中等也降低了。激光+MIG/MAG電弧復(fù)合焊接技術(shù)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(fù)合熱源板厚更大，焊接適應(yīng)性更強(qiáng)。與單激光器相比，激光+MIG/MAG電弧復(fù)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(dú)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(shí)現(xiàn)熔滴轉(zhuǎn)移方式的改變，使焊接過程更加穩(wěn)定，減少單獨(dú)進(jìn)行MIG/MAG電弧焊接時(shí)的飛濺。正是由于激光+MIG/MAG lU電弧復(fù)合焊接的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，復(fù)合焊接技術(shù)成為目前最受關(guān)注的研究方向之一。

　　1.2電磁焊接技術(shù)...................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(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備和方法...................25-32

　　2.1實(shí)驗(yàn)材料...................25

　　2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法...................25-31

　　2.3本章概述...................31-32

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

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

　　3.3外電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)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(fù)合熱源焊接等離子體光譜采集...................50-52[/溴/] 4.3復(fù)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(jié)...................59-61

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

　　5.1外加電場(chǎng)下鎢極氬弧焊機(jī)理分析...................61-62

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

　　結(jié)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(chǎng)復(fù)合焊的變化。在此基礎(chǔ)上，分析了外加電場(chǎng)對(duì)鎢極氬弧焊、低功率釔鋁石榴石激光焊接及其復(fù)合焊接的作用機(jī)理，以及激光-電弧復(fù)合焊接過程中電弧電場(chǎng)對(duì)復(fù)合熱源的作用，得出以下結(jié)論:

　　1.外加電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)對(duì)DC鎢極氬弧焊沒有影響。

　　2.對(duì)于低功率釔鋁石榴石激光焊接，施加電場(chǎng)后焊接熔深增加，電場(chǎng)越大，增加越顯著。在相同的電場(chǎng)電壓下，激光功率越大，穿透力越大。激光誘導(dǎo)光誘導(dǎo)電離——休的亮度隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大，體積增大，剛度增大，這種變化趨勢(shì)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(yīng)用范圍內(nèi)沒有變化。

　　3.對(duì)于外加電場(chǎng)的低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接，焊縫表面形貌不變。只有在適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)參數(shù)下，焊接熔深才會(huì)增加，低功率釔鋁石榴石激光器在電場(chǎng)作用下電場(chǎng)越強(qiáng)，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(qiáng)。

　　4.外場(chǎng)作用下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接等離子體集鬼結(jié)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(fù)合熱源焊接沒有變化。實(shí)驗(yàn)參數(shù)有利于增加外場(chǎng)作用下復(fù)合焊接的熔深，提高外場(chǎng)作用下的譜線強(qiáng)度。此時(shí)，等離子體的溫度降低，電子密度增加。

　　參考

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