收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

薄板激光深熔焊接熔透模式的机理研究

方俊飞  
【摘要】: 匙孔和熔池相互作用是激光深熔焊接中的核心问题。本文通过分析Nd:YAG激光焊接过程中匙孔、熔池及等离子体的温度、电子密度特征,建立了同轴视觉传感系统,对焊接过程中熔池和匙孔区域的光辐射进行了实时检测。利用匙孔和熔池区域的光辐射特征,结合焊缝的特征对薄板激光深熔焊接的熔透模式进行了深入的研究,系统地分析了不同熔透模式下匙孔、熔池和焊缝的特征随工艺参数变化的规律,从理论上揭示了熔透模式转变的物理机制和对焊缝成形的影响规律。 本文将焊接过程中匙孔和熔池的光辐射特征与焊缝的横截面特征联系起来,对全熔透激光焊接的熔透模式进行了划分。根据匙孔是否穿透工件的背面将激光深熔焊接分为匙孔穿透型和匙孔未穿透型两种熔透模式。匙孔穿透型熔透时的焊缝典型的横截面形状为“X”型,而匙孔未穿透模式时的典型焊缝横截面形状为“V”型。通过分析匙孔内部的受力平衡,对两种熔透模式相互转化时匙孔底部的力学平衡的变化进行了探讨;结合焊接工艺参数对匙孔存在和扩展的影响规律,确定了工艺参数对熔透模式转变的影响,通过熔池的受热状态和流体驱动力两个方面对两种熔透模式下焊缝的形成机制进行了阐述。 对于试验获得的同轴视觉传感图像,利用中值平滑滤波、同态滤波及线性灰度变换等图像预处理方案对图像进行了除噪和增强处理,使用Canny算子实现了匙孔和熔池的边缘检测,并通过Hough变换最终获得了匙孔和熔池的形状特征。对匙孔、熔池和焊缝特征随工艺参数变化的研究表明:相对于激光功率,焊接速度是影响匙孔和熔池角度的决定因素;熔合线下部与激光轴线的夹角、焊缝背面宽度与正面宽度的比Rw可以作为判断熔透模式的特征量。在熔透模式为匙孔未穿透型时,熔池下部与激光轴线的夹角为正,一旦实现了匙孔穿透,该角度即变为负角度。工件厚度为1.4mm时,Rw大于0.55即可获得稳定的匙孔穿透型焊接模式。 采用从同轴视觉传感图像所获得的熔池边缘特征来进行焊缝正面熔宽的检测,检测的结果与试验的结果具有较高的吻合度;利用匙孔背面开口的特征进行焊缝背面熔宽的检测,在匙孔背面开口较小的时候,两者近似呈现线性关系,但随着背面半径的增加,焊缝背面的宽度渐渐趋向稳定。 在工艺试验的基础上,通过考虑匙孔机制在激光深熔焊接中的作用,将由同轴视觉传感系统获得的匙孔特征引入到数值计算中,并在此基础上建立了移动热源作用下的激光深熔焊接熔池传热传质的三维数学模型。研究了不同熔透模式下熔池内部的温度场和速度场的分布,并对熔池流动驱动力的作用进行了量化的分析。模拟的结果表明,不同熔透模式下,由于匙孔形状的差别使得熔池内部的流体运动产生了较大的差别,从而是两种焊缝形状形成的内在原因;在熔池内部的驱动力中,浮力所引起的流体运动速度较慢,对熔池流动的影响很弱;蒸气摩擦力主要影响的是匙孔周围熔池的流动,促使熔池金属由匙孔壁向熔池的边缘流动;表面张力是熔池中流体流动的最主要的驱动力,在其作用下熔池表面的液态金属由熔池中心流向边缘,并在熔池后方边缘处形成涡流。匙孔穿透工件时,表面张力作用下的熔池形成束腰,是形成“X”型焊缝的主要原因。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘洪海;;激光深熔焊接在汽车齿轮加工中的应用[J];现代零部件;2007年11期
2 唐霞辉,周毅,何艳艳,朱国富;粉末冶金材料激光深熔焊接工艺研究[J];激光技术;2003年04期
3 肖荣诗,陈继民,陈涛,左铁钏;关于CO_2激光深熔焊接的临界功率密度[J];应用激光;2000年01期
4 熊智军;赵熹华;李永强;李云峰;;激光深熔焊接热源模型的研究进展[J];焊接;2006年12期
5 王贵;陈根余;伍强;申晓龙;;镀锌高强钢激光深熔焊接温度研究[J];机械制造;2007年04期
6 王贵;陈根余;伍强;申晓龙;;激光深熔焊接镀锌高强板工艺参数对熔深熔宽的试验研究[J];精密制造与自动化;2007年03期
7 吕兵;;变速器结合齿圈激光焊接技术的应用[J];金属加工(热加工);2009年12期
8 张屹,李力钧,金湘中,洪蕾;激光深熔焊接小孔效应的传热性研究[J];中国激光;2004年12期
9 张林杰;张建勋;巩水利;;激光深熔焊接过程中小孔行为的研究进展[J];激光杂志;2009年05期
10 金湘中,鄢锉;激光深熔焊接小孔内等离子体的反韧致辐射吸收研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年06期
11 胡昌奎,陈培锋,黄涛;激光深熔焊接光致等离子体行为及控制技术[J];激光杂志;2003年05期
12 熊智军;李永强;赵熹华;李民;;热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟[J];焊接学报;2007年08期
13 刘锟;刘金合;周畅;;激光深熔焊接光致等离子体的控制[J];热加工工艺;2007年23期
14 时君伟;胡敏英;;铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟[J];热加工工艺;2009年11期
15 时君伟;胡敏英;;铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟[J];铝加工;2009年04期
16 胡敏英;蔡金金;李昕;;铝合金激光深熔焊接工艺参数对焊缝成形的影响[J];热加工工艺;2010年13期
17 秦国梁;林尚扬;;激光焊接体能量及其对激光深熔焊缝熔深的影响[J];焊接学报;2006年07期
18 金湘中,张屹,李力钧;激光深熔焊接小孔效应的理论和试验研究[J];应用激光;2002年02期
19 张屹;陈根余;李力钧;;基于实测小孔的激光深熔焊接三维传热模型[J];焊接学报;2008年02期
20 秦国梁,林尚扬;激光深熔焊接过程中小孔径向尺寸及其动特性[J];中国激光;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 许飞;巩水利;杨璟;陈俐;;修饰焊对铝合金激光焊缝成形的影响[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年
2 陈虹;尹志斌;;制造用大功率激光的关键光束参数及测量[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
3 卢艳;;激光焊接技术综述[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年
4 段正澄;;高功率激光切割、焊接加工技术与装备[A];“中国创新论坛”之“走进山东”系列活动主题报告[C];2010年
5 韩立军;于思彬;谷诤巍;;超高强钢与低合金钢激光拼焊接头性能研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 汪任凭;激光深熔焊接过程传输现象的数值模拟[D];北京工业大学;2011年
2 方俊飞;薄板激光深熔焊接熔透模式的机理研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 杨璟;铝合金激光深熔焊接过程行为与缺陷控制研究[D];北京工业大学;2011年
4 庞盛永;激光深熔焊接瞬态小孔和运动熔池行为及相关机理研究[D];华中科技大学;2011年
5 金湘中;激光深溶焊接小孔效应的理论和试验研究[D];湖南大学;2002年
6 张屹;基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D];湖南大学;2005年
7 钟如涛;高功率横流CO_2激光光束特性及其对加工质量影响的研究[D];华中科技大学;2008年
8 梅丽芳;汽车白车身零部件激光三维切割与搭接焊研究[D];湖南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾利成;激光深熔焊接铝合金小孔内等离子体的辐射光谱研究[D];湖南大学;2011年
2 张宏圭;激光深熔焊接铝合金焊缝成分及性能研究[D];湖南大学;2012年
3 车强;低碳钢CO_2激光深熔焊接气孔形成机理及控制方法研究[D];长春理工大学;2012年
4 程元勇;激光深熔焊接铝合金孔内等离子体的反韧致辐射吸收研究[D];湖南大学;2012年
5 史俊锋;CO_2激光深熔焊接光致等离子体行为的数值模拟[D];北京工业大学;2001年
6 陈飞;车用高强钢光纤激光对接焊工艺研究[D];湖南大学;2011年
7 张屹;激光深熔焊接小孔效应的理论和试验研究[D];湖南大学;2002年
8 张均;激光深熔焊接光致等离子体温度分布的测量[D];湖南大学;2007年
9 谭成光;高强度镀锌钢与普通钢的激光拼焊试验研究[D];湖南大学;2007年
10 伍强;车身用高强度镀锌钢CO_2激光焊接的工艺研究[D];湖南大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978