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《colt2gt激光深熔焊不穩(wěn)定穿孔過(guò)程特征與相關(guān)機(jī)理研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要在實(shí)際零部件的激光焊接中，由于過(guò)程的不穩(wěn)定現(xiàn)象而嚴(yán)重影響到焊接質(zhì)量是經(jīng)常遇到的難題，因而過(guò)程的穩(wěn)定性控制一直是激光焊接的重要研究方向。目前在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究中，比較關(guān)注的不穩(wěn)定過(guò)程主要有：因CO2激光功率密度過(guò)高造成等離子體屏蔽而引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象、因焊接工藝參數(shù)的波動(dòng)而引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象、由于焊接模式在熱導(dǎo)焊和深熔焊之間來(lái)回躍變而引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象。但是，在實(shí)際焊接中更多的情況是全熔透焊接時(shí)出現(xiàn)的不穩(wěn)定穿孔現(xiàn)象，它會(huì)造成焊縫背面熔透與未熔透間的跳變、焊縫中氣孔等缺陷增加。本文在歸納分析前人有關(guān)激光焊接不穩(wěn)定現(xiàn)象研究基礎(chǔ)上，認(rèn)為不穩(wěn)定穿孔
2、形成與焊接過(guò)程中熔池、“小孔”、金屬蒸氣/等離子體相互作用及特征變化緊密相關(guān)。因而采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法，研究了激光深熔焊接不穩(wěn)定穿孔的過(guò)程特征，通過(guò)不穩(wěn)定穿孔形成機(jī)理、判斷條件以及監(jiān)測(cè)方法的研究，為實(shí)際工程中獲得高質(zhì)量的激光焊接結(jié)構(gòu)提供了可借鑒的理論基礎(chǔ)。本文在對(duì)激光深熔焊接過(guò)程光譜特征分布研究的基礎(chǔ)上建立了包括高速攝像、聲信號(hào)、可見(jiàn)光、紅外光信號(hào)在內(nèi)的激光深熔焊過(guò)程試驗(yàn)系統(tǒng)，并通過(guò)在系統(tǒng)中應(yīng)用多種濾光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2激光深熔焊中金屬蒸氣/等離子體、“小孔”、正背面熔池以及穿孔等多種瞬態(tài)過(guò)程圖像和信號(hào)的監(jiān)測(cè)，為研究激光深熔焊接不穩(wěn)定時(shí)的過(guò)程行為提
3、供了可靠的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，金屬蒸氣/等離子體的變化存在周期性，在304不銹鋼氬保護(hù)焊接時(shí)，有兩段明顯的頻率分布帶，即100Hz～500Hz帶和1500Hz～3500Hz帶，分別表征了“小孔”和熔池上方的金屬蒸氣/等離子體的變化頻率。而背面穿孔研究結(jié)果證實(shí)，穿孔周期主要分布在2ms～6ms之間，即與“小孔”內(nèi)部的金屬蒸氣/等離子體變化相一致。在不穩(wěn)定穿孔時(shí)，存在熔池背面金屬蒸氣/等離子體時(shí)有時(shí)無(wú)兩種特征過(guò)程交替現(xiàn)象。全熔透焊時(shí)正背面熔池的實(shí)測(cè)特征數(shù)據(jù)和變化規(guī)律的研究表明，熔池區(qū)域高溫停留時(shí)間與焊接參數(shù)緊密相關(guān)，一般在幾百毫秒的量級(jí)；熔池的流動(dòng)性與“小孔”
4、I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文開(kāi)合時(shí)的蒸氣力密切相關(guān)；表征全熔透焊不穩(wěn)定穿孔較合適的參量是背面熔池長(zhǎng)度。由此認(rèn)為，控制焊接中能使背面熔池長(zhǎng)度達(dá)到一定閾值的焊接線能量是維持穿孔穩(wěn)定的有效途徑，而影響此焊接線能量閾值的因素主要為保護(hù)氣體的種類(lèi)和激光功率密度。對(duì)穿孔過(guò)程中力學(xué)效應(yīng)的研究表明，形成不穩(wěn)定穿孔的主要機(jī)理是穿孔與未穿孔的交替及穿孔蒸氣壓力過(guò)大。依據(jù)熔池背面穿孔過(guò)程與彎曲液面附加壓力關(guān)系模型，此時(shí)蒸氣壓力的大小與背面熔池的寬度和長(zhǎng)度密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)激光焊接不穩(wěn)定穿孔過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析計(jì)算，本文提出背面熔池紅外信號(hào)測(cè)量和正面多傳感器信號(hào)融合兩種不穩(wěn)定穿孔過(guò)程
5、實(shí)時(shí)判別方法。利用這兩種判別方法，對(duì)304不銹鋼的焊接過(guò)程進(jìn)行判斷，結(jié)果顯示，在本文的研究條件下，對(duì)單條焊縫和不同的焊縫分類(lèi)識(shí)別率都接近100%。綜合以上研究結(jié)果，在激光全熔透焊接過(guò)程中，嚴(yán)格選擇焊接參數(shù)，在焊接過(guò)程中維持合理的背面熔池長(zhǎng)度，既可獲得穩(wěn)定的穿孔過(guò)程，亦可降低氣孔等缺陷產(chǎn)生的概率，同時(shí)也能控制焊縫的組織形成，對(duì)此進(jìn)一步的研究，將為實(shí)際焊接過(guò)程的質(zhì)量嚴(yán)格控制提供理論基礎(chǔ)和實(shí)施方法。關(guān)鍵詞：CO2激光焊接；不穩(wěn)定穿孔；熔池；小孔；金屬蒸氣/等離子體；熔池長(zhǎng)度；不穩(wěn)定判別。II華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRACTTheprocessingstabi
6、lityduringlaserweldingeffectsseriouslyontheweldquality,whichisdifficulttocontrol.Therefore,industrysectorshavebeenmakinggreateffortstoresolvethispuzzle.Reviewingpublishedstudyresultsaboutprocessstability,theinstabilitybehaviorscanbecausedbyplasmascreeningundertheconditionofveryhighl
7、aserpowerwelding,orbythefluctuationofweldingparameters,orbylaserweldingmodetransformationbetweenpenetrationweldingandconductionwelding.Butinpracticeithasbeenfoundthattheinstabilityofpenetrationkeyholeweldingoccursmoreuniversally,andresultsintheweldimperfection,suchaspartialpenetrati
8、onandporosity,etc.I
