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《哈尔滨理工大学》 2010年
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Nd:YAG激光+CMT复合热源不锈钢焊接工艺研究

刘西洋  
【摘要】:CMT(Cold Metal Transfer)冷金属过渡技术作为MIG/MAG焊的一种,具有焊接热输入量低,焊接速度快,电弧稳定,飞溅小,焊缝质量重复精度高等优点,但因其热输入低,熔深浅,目前只适用于薄板的高速焊接。 激光—电弧复合焊接是一种新兴的特种激光加工技术,它将两种物理性质、能量传输机制截然不同的激光和电弧热源复合在一起,同时作用于同一加工位置,既充分发挥了两种热源各自的优势,又相互弥补了各自的不足,从而形成了一种全新高效的热源。 本文在总结国内外激光—电弧复合热源焊接研究现状基础上,借助哈尔滨焊接研究所自行研制的激光-CMT电弧复合焊设备,以18-8系不锈钢为试验材料,首次研究了Nd:YAG激光+CMT复合热源的焊接工艺以及Nd:YAG激光+CMT复合热源的电弧特征和熔池形貌。 研究表明:Nd:YAG激光+CMT复合热源与CMT相对比,能够更加稳定电弧,改善焊缝成形。激光为电弧的燃烧提供了带电粒子和低电离电势的粒子,同时也使电弧中心与周围环境的温差增大,两者都使电弧经过该路径时的电阻变低,从而使维持电弧燃烧时的电压减小,因此复合热源能够更加稳定电弧,改善焊缝成形。 改善了焊接熔池形貌,减少了焊接飞溅。加入激光后,激光熔池与CMT熔池耦合在一起,加大了焊丝作用点与熔池前沿的距离,增大了熔滴滴落熔池中所产生振荡达熔池前沿母材的时间,导致熔池震荡到达熔池前沿母材时的能量减弱,与熔池前沿碰撞能量变小,因此飞溅减少。 增加了焊接熔深。焊接304不锈钢时,激光功率PL=2kW、离焦量△z=3mm、焊接电流I=150A,低速焊时复合焊熔深增加到CMT焊时的4倍,高速焊时可达到9倍。 提高了焊接速度。高速焊接时因为电极与焊件之间等离子体浓度不够不能维持电弧稳定燃烧,激光的加入提高焊件表面的等离子体浓度,对电弧起到稳弧作用。 增加横焊焊缝的偏移度。本试验条件下,CMT电弧功率始终小于2kW激光的能量,激光能量/电弧能量≥1:1,激光加入使复合熔池的温度显著高于CMT,熔池表面张力也远小于CMT,流动性好于CMT,因此增加了横焊焊缝的偏移度。 Nd:YAG激光+CMT复合热源应用到厚板横焊,实现了在纯氩气体保护下,就能获得稳定的电弧和良好的焊缝成形,避免了在多层多道焊时“焊谷”处层间未熔合等缺陷的产生。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG456.7

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【引证文献】
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【参考文献】
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