收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

激光填丝焊的焊丝熔入行为及工艺研究

余阳春  
【摘要】:激光填丝焊技术在保持了激光自熔焊的高质量、高精度、低变形、高效率等许多优点的同时,克服了其焊缝冶金调整困难及对加工、装配要求苛刻的缺点,是一种具有广阔应用前景的激光焊接新技术。国内外许多学者开展了激光填丝焊技术的相关实验和研究,但其在工业生产中的实际应用尚很少见,远远没有激光自熔焊应用广泛,其主要原因在于焊丝的添加增加了焊接过程的复杂性,而关于激光填丝焊的应用基础研究和相关基础数据还远不足以支持其在工业实际生产中的应用推广。 为解决激光填丝焊在实际应用中存在的问题,本文在自行构建的激光填丝焊试验平台上,针对5A06铝合金材料,进行了系统的激光填丝焊工艺试验,并结合高速摄像技术和理论分析,对激光填丝焊过程中焊丝熔化、过渡的动态行为以及焊丝熔入对焊接过程和焊缝质量的影响等应用基础问题开展了系统的研究;最后,在前期单层激光填丝焊工艺研究的基础上,进一步开展了17mm低碳钢板的窄间隙激光填丝多层焊试验研究。 系统的激光填丝焊工艺试验结果显示,不同的光、丝相对位置决定了不同的焊丝熔入特征,并进一步决定了焊接过程的稳定性。本文在结合高速摄像技术对焊丝熔入过程动态观测和分析的基础上,通过对不同条件下焊丝熔入特征的系统研究,首次把其归纳为三大类型,即,“爆炸”过渡、“液桥”过渡、“大滴”过渡。研究结果表明,当焊丝以“爆炸”或“大滴”形式向熔池过渡时,会对小孔的稳定性及熔池流动造成很大的冲击,从而造成焊接过程的较大波动,最终得到的焊缝成型较差;而当焊丝以稳定的“液桥”形式向熔池过渡时,其对熔池的冲击最小,造成的焊接过程波动最小,是一种稳定的激光填丝焊接过程,最后得到的焊缝成型均匀、光滑。 对间隙的良好桥接能力是激光填丝焊的一个主要优点。在优化后的送丝条件下,通过选择合适的焊接工艺参数,成功实现了薄板(2.0mm)铝合金的不同间隙桥接,其对间隙容错度较激光自熔焊大大提高,最大容许拼缝间隙可以达到1.0mm;优化工艺条件下得到的焊缝接头外观成型良好,力学性能优良,接头抗拉强度普遍可以达到基材的90%以上,在上述最大桥接间隙(1.0mm)范围内,接头性能基本不受拼接间隙的影响。 气孔是铝合金激光填丝焊的一个主要问题,尤其是当焊缝中存在尺寸较大的工艺气孔时,接头的综合力学性能会急剧恶化。结合高速摄像技术及焊丝熔入机制的研究成果,本文首次对铝合金激光填丝焊的工艺气孔形成机理和微观形貌特征进行了深入研究。结果表明,工艺气孔的形成过程与激光小孔的稳定性、熔池流动以及焊丝熔入方式紧密相关。通过对典型工艺气孔内部形貌的扫描电镜(SEM)观察,发现了高温金属蒸汽沉积形成的薄膜层,进一步验证了工艺气孔的形成机理及其与冶金(氢)气孔形成原因的本质区别。基于上述理论,本文在对4.0mm铝合金板的激光填丝拼焊时,通过预制适当间隙(0.4mm)的方法提高了激光小孔的穿透性及稳定性,很好的抑制了工艺气孔的形成,得到了基本无工艺气孔的焊缝接头。 最后,在前期激光填丝单层焊研究的基础上,对17mm厚低碳钢板进行了窄间隙激光填丝多层焊接试验,通过对窄间隙坡口设计和侧吹保护气送进方式的优化,在经过激光自熔打底及后续3层激光填丝组合焊后,成功实现了17mm厚低碳钢板的高效连接,得到的焊接接头外观成型美观,变形量小,无明显的焊接缺陷。


知网文化
 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