本科畢業(yè)設計文獻綜述

1、 本科畢業(yè)設計文獻綜述Q235夾層對A6061鋁合金激光焊接成形性能的影響學 生：蘇哲學 號：11213140116專 業(yè)：焊接技術與工程班 級：A1241班指導老師：張義福機械與材料工程學院二O一三年十一月文獻綜述前言本篇畢業(yè)設計（論文）題目是Q235夾層對A6061鋁合金激光焊接成形性能的影響。在實際工程生產應用中，激光焊接接頭的力學性能一直是關注的對象，而焊縫成形與焊接質量、焊接參數是否合理、焊接參數控制穩(wěn)定性以及焊接接頭力學性能都具有較大的聯系。因此，開展Q235夾層對A6061鋁合金激光焊接成形性能的影響研究，具有較大的工程應用意義。正文由于鋁合金具有質量輕，加工性能好,高屈強比等優(yōu)

2、點。在結構件及電子、電氣設備中得到了廣泛地應用.特別是近幾年,人類對地球環(huán)境保護和資源回收利用所需要的設備提出了多功能、高質量和高可靠性的要求,使得鋁合金的使用范圍更加擴大.為了滿足上述使用要求,優(yōu)質、高效和高精度的鋁合金焊接技術的發(fā)展勢在必行,而激光焊接因其良好焊接性能更引人注目。1鋁合金的應用現狀 鋁及鋁合金因其具有一系列較好的物理及化學性能，例如，密度小，良好的導電性，較高的機械強度，良好的耐蝕性等，在汽車、造船、國防工業(yè)、航空航天、儲藏容器等領域廣泛采用，鋁合金技術己被列為國防科技關鍵技術和重點發(fā)展的基礎技術1-2。在建筑房地產、橋梁和公路等方面，鋁及鋁合金也是炙手可熱的材料。隨著人們

3、對能耗和環(huán)保的重視及逐漸增高的能耗和環(huán)保標準，車輛輕量化己成為車輛制造業(yè)的發(fā)展趨勢。目前，在車身制造方面采用輕質材料是車身輕量化的主要手段，而鋁合金具有的質輕、易加工、表面美觀以及回收成本低等優(yōu)點，采用鋁合金結構代替鋼鐵結構是各國汽車制造商在汽車輕量化方面采取的主要措施。本田超級跑車NSX和奧迪小型車A2, A8, R8以及捷豹XJ在車身中采用了大量的鋁合金且非常成功。鋁合金在航空航天方面應用發(fā)展也很快速，主要應用于飛機的結構材料。飛機上采用的鋁材料主要是高強高韌鋁合金，如A1-Zn-Mg-Cu系中的7450,7075, 7150鋁合金;A1-Cu-Mg系中的2124, 2224和2324合金

4、。特別是在飛機飛行過程中受壓縮負荷的上翼結構，所用材料需要有盡可能高的抗壓強度/重量比、耐蝕性，高強鋁合金在這種結構中的應用前景廣泛。32鋁合金激光焊接中存在的問題 隨著大功率激光器尤其是以光纖激光器、碟形激光器為代表的固體激光器的發(fā)展，鋁合金激光焊的應用范圍不斷擴大。但也存在著初始反射率高、氣孔、熱裂紋、接頭軟化及焊縫成形差等問題。21初始反射率高 鋁合金自由電子密度高，很容易與激光中攜帶能量的光子作用將能量反射掉，所以鋁合金的激光加工中遇到的首要問題便是對激光具有很高的表面初始反射率，固態(tài)下對CO2激光束的反射率可以高達97，即使是對短波長的YAG激光，反射率也在80以上?？梢酝ㄟ^表面預處

5、理4、改變焊接結構、縮小光斑直徑等措施來降低反射，改善吸收。22氣孔 焊縫氣孔問題是目前鋁合金激光焊接研究工作中的熱點問題。鋁合金激光焊接中主要存在兩類特征氣孔：一類是氫氣孔，與熔池中的氫析出有關；另一類是工藝氣孔，是由匙孔不穩(wěn)定引起的。 氫在固態(tài)及液態(tài)鋁合金中的溶解度不同，在金屬凝固時，過飽和的氫從熔池中析出形成氣泡，氣泡在上浮過程中擱淺而產生氫氣孔。減少氫氣孔的有效措施便是切斷供氫源，如焊前清除材料表面油污、氧化膜，焊接過程中加強熔池保護等。當激光功率密度超過材料閾值時將會產生一個沿厚度方向漸細的匙孔，匙孔的存在是不斷波動變化的，在各種變化的熱學和力學因素作用下始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)5。Aki

6、ra Matsunawa等人6-7對小孔的動態(tài)行為進行了實時觀察，發(fā)現小孔的形狀是非對稱的，激光能量集中作用在小孔的前壁造成材料的局部汽化膨脹，對后壁產生沖擊，同時周圍的熔池金屬也會在重力和表面張力作用下塌陷，導致匙孔失穩(wěn)，將金屬蒸汽、焊接保護氣體等卷入熔池形成氣泡，當氣泡來不及溢出被凝固金屬壁阻礙時便會形成氣孔。此外，等離子體的波動也會導致小孔失穩(wěn)，形成氣孔。工藝性氣孔尺寸較大，形狀不規(guī)則，可以在內壁上觀察到金屬流動的痕跡。獲得穩(wěn)定的匙孔是抑制工藝性氣孔的關鍵，選擇合適的保護氣體、調整激光功率波形、焊接時施加電磁場、采用雙光束等可以有效地達到這一目的。23熱裂紋 鋁合金激光焊接中產生的熱裂紋

7、可以分為焊縫中的結晶裂紋和近縫區(qū)的液化裂紋。焊接過程中，焊縫柱狀晶優(yōu)先發(fā)展，低熔點共晶被排擠到晶界處形成液態(tài)薄膜，受鋁凝固收縮的內應力作用而產生結晶裂紋。近縫區(qū)金屬成分偏析出現相界液化現象是產生液化裂紋的原因。添加si，zr，Ti，V，B等元素調整焊縫合金系統可以有效防止熱裂紋8-9。24接頭軟化AlMn，Al-Mg系鋁合金主要采用加工硬化或固溶強化來提高強度，而AlCu，A1-MgSi等系列鋁合金通過時效過程產生強化。激光焊焊縫為鑄態(tài)組織，所以經歷激光焊接后，這些強化效果將會消失，而產生軟化。對于不可熱處理強化的鋁合金，軟化主要是由于熱影響區(qū)在焊接過程中發(fā)生了再結晶。對于可熱處理強化的鋁合金

8、，焊接接頭的軟化主要是由于焊縫時效不足和熱影響區(qū)的過時效。25焊縫成形差 鋁合金電離能低，激光焊接時光致等離子體容易擴展，帶來焊接過程的不穩(wěn)定，同時由于其流動性好，因此熔池震蕩劇烈，影響焊縫表面成形，產生焊道粗糙、咬邊等缺陷。嚴重時，會由于小孔失穩(wěn)塌陷產生工藝性孔洞或者小孔閉合前等離子體將液態(tài)金屬吹出熔池產生噴射性孔洞10，可以通過控制等離子體、添加填充金屬等來改善焊縫成形。從鋁合金激光焊存在的問題及其原因上綜合來看，向焊縫中過渡填充金屬、改變熔池的動力學狀態(tài)等可以有效地防止這些缺陷。基于此，在激光焊的基礎上提出了一些先進的鋁合金激光焊接工藝，這些工藝在提高激光吸收率、改善焊縫成形、防止氣孔及

9、熱裂紋、增強搭橋能力等方面是有效的。文中將簡要介紹其中有代表性的幾種。3夾層對鋁合金激光焊接影響對1.2mm厚鍍鋅鋼板和115 mm厚6016鋁合金平板試件進行了加入中間夾層鉛的激光搭接焊試驗，通過調整焊接工藝參數獲得最佳焊接成形，利用臥式金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射、微機控制電子萬能試驗機等手段研究了焊接接頭各區(qū)域的金相組織、斷口形貌、主要物相與接頭力學性能結果表明，在鋼 /鋁激光焊中添加中間夾層鉛，焊接接頭的平均抗拉強度和斷后伸長率分68 51 MPa和2.37% ，與沒有加鉛夾層相比，抗拉強度和斷后伸長率明顯提高; 夾層鉛的加入，改變了鋼/鋁界面的元素分布、物相組成及微觀組織形態(tài)，焊

10、接接頭過渡區(qū)域 Fe，Al，Zn，Mg,Pb元素的混合區(qū)寬度較大，除生成 Fe-Al，Mg-Zn 脆性金屬間化合物外，產生了新的金屬間化合物 Mg2 Pb。11 當采用激光焊直接焊接鋁/鎂異種金屬時，無論是搭接接頭還是對接接頭，都會產生大量的鋁鎂脆性金屬間化合物，硬度高，脆性大，使得鋁鎂接頭在焊接過程中或焊接冷卻后開裂，采用激光焊直接3mm鋁鎂接頭，焊件在焊接過程中就產生了很多的裂紋等缺陷，而夾層焊件在焊接過程中未產生裂紋，但是焊接完成后，冷卻一段時間，會發(fā)生貫穿焊縫的裂紋。鋁鎂主要存在的問題就是金屬間化合物嚴重影響了焊接接頭的性能，考慮通過加入某些合金元素來抑制鋁鎂金屬間化合物的生成。在參考

11、6061鋁合金與AZ31 B鎂合金的熔點，及兩種金屬與所選金屬二元相圖，采用Zn作為金屬夾層輔助鋁鎂焊接。 采用激光焊的方式，以鋅金屬作為夾層，焊接1 mm鋁/鎂異種金屬搭接接頭，通過調整焊接參數成功獲得了不同焊接熱輸入下的焊接接頭，成形良好，在熱輸入較高時存在裂紋、焊穿及咬邊的缺陷，焊接熱輸入較低時，焊透性一般。33 鋁合金激光夾層焊接研究現狀及應用 從1996年開始 ,沃爾沃航空公司花費了大量財力開發(fā)激光焊接夾層技術 , 生產制造出大量不同尺寸的夾層錐結構,進一步完善激光焊接夾層技術。焊接的可重復次數在不斷增加,需修復焊接缺陷在逐漸降低。隨著新一代工藝設備投入使用,焊縫缺陷大大減少。在德國

12、 , 已經用D L R的測試設備在P S試驗臺上 對激光焊接夾層噴管進行了熱試 ,縮尺寸噴管氫作為冷卻介質的液氫/液氧發(fā)動機上進行了測試 。縮尺寸噴管焊接試驗完全取得了成功 , 證明在實際條件下,激光焊接夾層技術是可行的。下一步是如何將此夾層焊接技術應用到開發(fā)項目中去。12結論激光不但在現代工業(yè)生產技術中表現出前所未有的優(yōu)勢,而且在現代科學中給人們也提供了更廣闊的想象空間。鋁合金激光焊接比傳統的焊接技術具有明顯的高效、可控和優(yōu)質的特點,但是其缺 陷的形成機理和預防措施也有其獨特之處。盡管鋁合金激光焊接技術中的工藝還不十分成熟，但存在的問題是可以解決的。隨著研究的深入，鋁合金激光焊接的工藝參數將

13、得到進一步優(yōu)化。鋁合金激光焊接比傳統的焊接技術具有一系列的優(yōu)點，隨著激光技術的不斷發(fā)展，焊接中存在的問題將得到很大程度的解決，也必定為鋁合金在各領域的廣泛應用提供更堅實的技術保障。參考文獻1里亞博夫B. P， 鋁及鋁合金與其他金屬的焊接M.北京:宇航出版社，1900：212-215.。2Heinz A., Haszler A., Keidel C. et al. Recent development in aluminum alloys for aerospace applications, Mater Sci. Eng., A280, 2000： 97。3房林， 鋅夾層輔助鎂/鋁異種金屬熔焊

14、工藝研究D.2013(7)： 哈爾濱工業(yè)大學。 4 Huntington C A;Engar T， WLaser welding of aluminum and aluminum alloys。1983(04)。 5 王威、徐廣印、段愛琴， 1420鋁鋰合金激光焊接氣孔形成機理期刊論文-焊接學報。2005(11)。6 Fujinaga S;Takenaka H;Narikiyo T， Direct observation of keyhole behavior during pulse modulated high-power Nd:YAGlaser irradiation。 2000(05)

15、。7 Seto N;Katayama S;Matsunawa， A High-speed simultaneous observation of plasma and keyhole behavior during high power CO2 laser welding:Effect of shielding gas on porosity formation 。2000(06)。8李昊、黃安國、李頡， 激光焊接ZL114A鋁合金凝固裂紋研究期刊論文-激光技術。2010(02)。9Pourkia N;Emamy M;Farhangi H， The effect of Ti and Zr el

16、ements and cooling rate on the microstructure and tensileproperties of a new developed super high-strength aluminum alloy。 2010(20)。10肖榮詩、陳鎧、左鐵釧，高強鋁合金激光焊接新進展期刊論文-應用激光。 2002(02)。11彭利、周惦武、吳平 ，( 湖南大學 汽車車身先進設計制造國家重點實驗室， 長沙 410082)。2009。12葉力華，激光焊接夾層噴管的技術現狀，中國航天科技集團公司第六研院十一所，2003： 29卷 5期畢業(yè)設計外文文獻翻譯畢 業(yè) 設 計

17、題 目Q235夾層對A6061鋁合金激光焊接成形性翻譯題目Optics & Laser Technology專 業(yè)焊接技術與工程姓 名蘇哲班 級A1241學 號11213140116指導教師張義福機械與材料工程學院二O一五年十月光學與激光技術 激光為焊接提供了巨大的靈活性提供能源。然而,它需要大量的參數和現象來監(jiān)視為了控制過程,以確保高質量的處理。在激光焊接相同的熔深可以通過使用不同的參數組合,如激光功率、焊接速度。問題是進一步復雜化光束直徑的影響,不同的激光系統之間可能發(fā)生顯著的變化。在這工作經驗模型,使得實現一個特定的熔深獨立的光束直徑。第一,用戶選擇一個焊縫形狀符合一定質量要求的

18、滲透和深度必須適應模型,然后將指定如何使用一個特定的實現這個焊縫激光系統與一個特定的光束直徑。關鍵詞:激光 焊接功率因數 數據可轉讓性1 前言 焊接熔深是激光焊接中最關鍵的參數之一,通常用戶需要調整材料的焊接。對于一個給定的光束直徑的一系列組合激光功率和焊接速度可以用來實現所需的熔深。另外,對于一個給定的組合力量和焊接速度、不同熔深的發(fā)生,如果使用不同的光束直徑。光束直徑由激光性能和光學系統和控制這些激光系統之間可能會有所不同。這造成的困難,選擇最佳的激光參數為特定應用程序和激光系統之間傳遞參數。不同現象的困難和不清楚性格影響的熔深在激光焊接鼓勵激光從業(yè)者使用一個更簡單的方法。通常參數字母系數

19、用于優(yōu)化焊接過程在真實的應用程序中。然而，對于相同的熱輸入各種焊縫可以實現，如果使用不同的光束直徑。曼妮和布朗收集可用激光數據和開發(fā)了一個圖形顯示每一個工件厚度單元所需要的能量。斯威夫特鉤和吉克4源歸一化參數控制穿透深度的激光和電子束焊接。5試圖推導出一個方程為熔化所需的閾值輻射。然而，預測值的閾值照度遠低于實際焊接條件所需的。激光焊接可以用無量綱數也進行了研究，如裴詞或雷諾茲數，如文獻6,7報道。然而，所有這些方法只能被用來估計激光焊接的一般趨勢，而不是優(yōu)化的一個特定的焊接工藝在實踐中。 另一方面，數值模擬提供了深入了解不同的現象和相互作用發(fā)生的激光和物質，并有助于理解的過程。它已被證明，激

20、光焊接條件是依賴于許多因素，如激光通過工件吸收10，11，形成小孔13，14，熔體流動圍繞小孔16，激光束與蒸汽羽的相互作用17，19。所有這些發(fā)現導致激光焊接的復雜模型的演變在最近幾年20，22。這種復雜的模型使研究人員研究了焊接過程，但他們都需要大量的計算能力，因此是無效一種可用于實際應用的焊接工藝優(yōu)化。 已經取得了很大的努力，提高了數值模擬的計算效率和簡化的過程模型，可用于現場工藝優(yōu)化的發(fā)展23，25。用于激光焊接優(yōu)化的另一種工具是統計分析和神經網絡26 ，29。然而盡管有很好的預測性，從輸入數據。這種優(yōu)化的結果通常被限制在特定的情況下，在不同的激光系統中，經常需要對不同的激光系統進行激

21、光加工。因此，有一個系統的參數，這將指定給定的焊接條件的激光系統的獨特和獨立的。這項工作調查，如果有可能找到一個現象學模型的參數，這將指定深度和寬度的激光焊接熔區(qū)，獨立的光束直徑。這將允許一個潛在用戶選擇一個合適的焊接與所需的穿透寬度和寬度，在一個特定的情況下所需的。然后，該概念將識別的現象學參數，以實現這一焊接。這些現象學參數可以被轉移到系統參數，并適用于不同的激光系統與不同的光束直徑。2功率因數的定義 激光焊接可以視為一個周期時間是互動的過程。30顯示,互動時間被定義為光束直徑d的比值在焊接方向的焊接速度v,即i ¼ d=v½s 此外在同一篇論文中30表明,不斷的交互作

22、用時間和功率密度(定義為激光功率的比值梁橫截面面積)沒有提供一個常數的熔深時,光束直徑是不同的。對于一個給定的互動時間,滲透的深度是成正比的產品功率密度和光束直徑,這是符合其他作品(31、32)。因此定義的功率因數PF產品功率密度和光束直徑d,也對應的比例的激光功率P的光束直徑d,(2)可以用來描述在激光焊接的深度。PF ¼ qPd ¼ P=d½W m1 功率因數并不是一個基本激光相互作用參數,但它可以被視為一個簡化的功率密度,它與功率密度不考慮梁的橫截面面積只有其一維寬度。功率因數與時間的交互中使用這項工作作為參數選擇模型。3試驗裝置 焊接參數的影響研究一組自板

23、對接激光焊接在12毫米厚S355低碳鋼。連續(xù)波光纖激光器和8千瓦的最大輸出功率和光束參數產品(BPP)16mm.使用。激光是通過300毫米直徑的光纖,平行的焦距為125 mm鏡頭和集中使用一組聚焦透鏡焦距從150毫米到300毫米。集在焦點聚焦鏡頭給了梁直徑從0.38毫米到0.78毫米,如表1所示。不同的聚焦透鏡被用來確保強度分布,而光束直徑不一。激光光束的性質,以及光束分析器通過光束直徑測量。二階矩法是用于光束直徑的評估。注意,激光功率和光束直徑指的是權力和光束直徑工件表面,根據校準測量,使用光束診斷系統。所有焊縫進行了焦點,即專注于表面的激光束。純盾使用氬氣作為保護氣體。所有焊縫都切片,拋光

24、和光學顯微鏡下檢查,以測量穿透深度和焊縫形狀。焊接參數選擇,確保鎖孔模式,排除改變吸收的影響,發(fā)生在鎖眼和傳導焊接之間的過渡。表1本研究中使用的光學裝配。Ffocusing mm150200250300d mm0.380.50.630.78Rayleighmm2.13.35.684研究方法4.1系統參數對焊縫的影響 調查系統參數對融合的影響的激光焊接,一組bead-on-plate焊縫與不同的權力范圍從2千瓦到8千瓦和焊接速度從0.3 min1 min1 15米。聚焦鏡頭的焦距為300 mm,導致光束直徑0.78毫米,是使用。融合區(qū)域的寬度和通用的焊接質量檢查。4.2光束直徑的影響 調查的影響

25、光束直徑兩個聚焦透鏡的焦距150毫米和300毫米。這些光學支架導致兩光束直徑,分別為0.38毫米和0.78毫米。 在第一階段光束直徑的影響滲透的深度調查。一系列bead-on-plate焊接實現光束直徑。激光功率的改變從2千瓦到8千瓦和焊接速度不一從0.3米到10米。 在第二組實驗中光束直徑的影響焊縫寬度進行了研究。先前實驗的數據被用來實現焊縫與相同的滲透在不同深度焊接的速度0.5 min1,2 m min1和3 m min1,使用兩個光束直徑0.38毫米和0.78毫米。每個組合的激光功率是適當調整光束直徑和焊接速度達到6毫米的熔深。宏觀圖進行了比較。4.3功率因數和互動的時間 驗證該模型有必

26、要調查如果給定的功率因數和交互時間導致相同的熔深,無論光束直徑。兩個不同的實驗。在第一個實驗中,各種參數被用來實現相同的熔深。1千瓦的激光功率不一到8千瓦和焊接速度不一從0.3米到10米。使用了四種不同的光束直徑0.38毫米,0.5毫米,0.63毫米和0.5毫米。一系列的焊接速度和激光的權力用于每一個光束直徑。然后用相同的熔深是焊接參數選擇和用于實現這些焊縫轉換為功率因數和互動的時間。以下的熔深被認為:4毫米,6毫米和8毫米。 在接下來的實驗中,光束直徑的影響熔深在恒定功率因數和交互時間調查。11兆瓦的功率因數m1和各種互動時間。該模型測試四光束直徑。光束直徑是通過應用四個聚焦鏡頭用不同的焦距

27、,按照試驗裝置(表1)。保持恒定的交互作用時間和功率因數的激光功率和焊接速度調整不斷根據光束直徑,用方程式。(1)和(2)。所有參數如表2所示。注意,激光功率和光束直徑指的是權力和光束直徑工件表面,根據校準測量,使用光束診斷系統。只有確保了鑰匙孔焊接的參數使用。5結果和討論5.1系統參數對焊縫的影響 在激光焊接可以適應特定厚度的不同組合參數。水平在圖1中虛線表示激光功率和焊接速度的不同組合,可用于實現5毫米的熔深。 然而,除了相同的熔深,這些焊接可能完全不同的概要文件和機械性能。宏觀圖在圖2中表示這種情況下?？梢钥闯?相同的熔深成果與不同的焊接速度和激光大國在不同焊接概要文件。焊縫寬度 表2參

28、數用于研究光束直徑的影響以恒定的功率因數11兆瓦m1和不同交互時間(F焦距 v焊接速度)。d mm0.380.50.63 0.8F lens mm150200250 300PLkW 11 MW m14.25.56.98.5v m min150ms0.450.60.750.5v m min138ms0.60.811.2v m min125ms0.91.21.51.9v m min119ms1.21.622.5 圖1所示。熔深的函數激光功率和焊接速度恒定束直徑0.78毫米。 光束直徑在焊縫寬度不同的焊接速度圖4所示。在所有情況下的激光功率是適當調整光束直徑和焊接速度達到相同的深度,如4.2節(jié)中所描

29、述的方法。可以看出,光束直徑越大越需要激光功率來達到相同的熔深,在給定的焊接速度。圖4中的宏觀圖顯示,光束直徑對焊縫剖面的影響變得越來越重要,焊接速度更快。2 m min焊接速度減少與增加焊接速度常數光束直徑。焊縫寬度減少,盡管事實上,激光功率增加適當的焊接速度保持相同的熔深?？梢钥闯?質量有顯著的不同參數。一個大型熱影響區(qū)明顯的0.3 min1以緩慢的速度。非常高的速度焊接,另一方面,結合小光束直徑可能導致削弱。因此,參數用于焊接進一步影響關節(jié)的屬性。5.2光束直徑的影響 5.1節(jié)所示,可以實現各種焊接時不同的加工參數。參數選擇過程更加復雜是因為光束直徑的影響。熔深焊接速度兩光束直徑的函數圖

30、3所示。證明是5毫米的熔深的焊接速度可以達到2米min1光束直徑0.78毫米時使用或焊接速度為3.5 mmin1當使用一束直徑0.38毫米。組合都需要相同的激光功率5千瓦。 看著兩個結果。1和3很明顯,有眾多的參數組合為特定焊接深度。這突顯出參數的數量,設置時必須考慮激光焊接過程。焊接速度和力量的組合必須適當調整光束直徑達到所需的穿透深度。 激光焊接的光束直徑不僅影響的熔深,但也可以影響焊接概要文件的影響。 圖1所示，熔深的函數激光功率和焊接速度恒定束直徑0.78毫米。光束直徑在焊縫寬度不同的焊接速度圖4所示。在所有情況下的激光功率是適當調整光束直徑和焊接速度達到相同的深度,如4.2節(jié)中所描述

31、的方法?？梢钥闯?光束直徑越大越需要激光功率來達到相同的熔深,在給定的焊接速度。圖4中的宏觀圖顯示,光束直徑對焊縫剖面的影響變得越來越重要,焊接速度更快。焊接速度的2 m min1宏觀圖之間的焊縫剖面的差異非常小。然而,速度更快的焊接5 m min1和8 m min1所有焊接實現光束直徑0.78毫米的明顯比相應的更廣泛在圖5的橫截面區(qū)域宏觀圖繪制在圖4 如圖6所示為給定深度有很強的滲透 圖2所示。焊接實現以恒定束直徑0.78毫米使用所需的參數組合5毫米的深度:(a) P¼2 kW, v¼0.3 m min1; (b) P¼5 kW, 應用熱輸入的函數?？梢钥闯?對

32、于相同的熔深的橫截面積正比于應用的熱輸入。結果表明,滲透特定厚度的焊接速度更需要融化金屬大的光束直徑。5.3功率因數和互動的時間 選擇合適的參數和一個合適的激光系統特定的激光焊接過程是一個復雜的任務,由于v¼2 m min1; (c) P¼8 kW, v¼5 m min1. 圖3所示。光束直徑對深度的影響滲透的恒功率5千瓦。 所描述的各種參數，如在第5.1和5.2節(jié)所述。隨機變換功率和行駛速度，以達到理想的穿透深度，可能會導致不可預知的性能。這是在圖2中顯示的。焊接寬度，這是很重要的情況下，配合公差，殘余應力和扭曲，在一定范圍內的參數是強烈依賴于行駛速度，而在另一

33、個范圍內的參數是更依賴于光束直徑。此外，不同深度的滲透，可以實現在一個給定的組合的功率和行駛速度，如果使用不同的光束直徑。因此，光束直徑還復雜的參數選擇程序。 焊接速度的影響和光束直徑焊接概要文件可以被納入一個參數,根據情商互動時間。(1)。此外,熔深對系統參數的依賴,如激光功率、焊接速度和光束直徑可以表示為兩個參數:時間和功率因數的交互,根據方程式。(1)和(2)。 在圖6中許多組合的激光功率和焊接速度,導致相同的熔深4毫米,6毫米,與不同的光束直徑8毫米(0.38毫米、0.5毫米、0.38毫米和0.78毫米)繪制功率因數的函數和互動的時間?？梢钥闯?所有的數據光束直徑遵循相同的趨勢。這意味

34、著穿透深度是由功率因數和互動的時間和光束直徑無關。 互動時間和功率因數之間的關系。較短時間的交互功率因數越大,需要應用為了達到一個特定的熔深。高功率因數對應于一個小的光束直徑或較高的激光功率,而在這兩種情況下受限于一個激光系統?？梢詣?chuàng)建這樣一個圖的熔深和用作應用程序的工具。 數據從圖6可以用情商近似。(3),它描述了一個功率因數PF需要實現一個特定的熔深PD(mm)在給定的互動時間s。注意,這個方程檢測光束直徑在0.35 - 1毫米和交互次范圍2.5 -150 ms。圖4所示。光束直徑對珠寬度的影響在不同的焊接速度常數的熔深。 這樣的應用程序模型只能有用如果是獨立的光束直徑。在圖7中光束直徑的

35、影響熔深在恒定功率因數顯示和交互的時間?？梢钥闯鲞@樣的應用程序模型只能有用如果是獨立的光束直徑。在圖7中光束直徑的影響熔深在恒定功率因數顯示和交互的時間?？梢钥闯鰧倲档?0%的熔深。注意,在部分滲透焊縫熔深有顯著變化的自然波動鎖眼和熔池。在無花果。8和9的例子實現不同的光束直徑的焊縫宏觀圖同時保持恒功率因數顯示和交互的時間。在這兩種情況下的熔深,以及焊接概要文件是相似的。 功率因素提供了一個常數的熔深通過維持功率密度之間的權衡,吸收能量。盡管激光焊接功率密度的重要性表明只是維持一個恒定的功率密度并不能保證一樣的熔深,同時梁直徑是不同的。在這種情況下更大的熔深取得了更大的光束直徑30。熱輸入

36、,另一方面,沒有指定大小的熱源,因此它不是有用的指定過程中,可以改變的能量分布在不影響總能量輸入。在激光焊接的光束直徑可以改變獨立應用能量,導致不同的條件,在極端情況下導致不同的焊接政權。前提是，因此熱輸入可用于近似焊縫體積。 圖5所示。橫截面積的函數應用熱量輸入;條件達到相同的熔深與兩個光束直徑(數據圖4)。圖6所示。功率因數和交互所需的時間熔深的8毫米,6毫米和4毫米,一系列的光束直徑0.38毫米和0.78毫米之間。圖7所示。光束直徑對穿透深度的影響以恒定功率因數11兆瓦m1和四個層次的互動時間。6使用model-Full版本 根據5.3節(jié)所示結果激光焊接參數選擇模型可以制定一個原理圖10

37、所示。根據這個模型,首先時間是根據不同的標準選擇的交互。交互作用時間的影響在焊縫剖面無花果。2和4所示。光束直徑和焊接速度影響焊接概要文件。焊縫寬度增加而減少焊接速度和增加光束直徑,而在這兩種情況下對應增加互動的時間。長交互時候焊縫寬度寬,導致較低的削弱了,更高的寬容臨時舞臺的可能性。然而,太長時間交互時間可能會導致扭曲和大顆粒的大小。適當的互動時間是非常重要的,因為它決定了形狀和屬性的聯合?；訒r間根據需要選擇下一步選擇交互時間后,焊接速度和光束直徑選擇所需的功率因數因素和先前選擇的光束直徑是指定的模型。圖6所示,交互作用時間越短越高功率因數必須申請一個給定的熔深。因此如果一個建議的激光功率

38、是不現實的交互使用時間更長。有很多系統參數的組合來實現功率因數和交互的特定組合,根據不同的光束直徑,如圖11所示。如果我們考慮任意組合的相互作用時間和功率因數分別為30 ms和8 MW m1,應該提供6毫米的熔深,它可以看到這樣的組合可以在任何激光通過不同的方式來實現。小光束直徑為0.3毫米的激光功率2.3千瓦,0.6的速度min1是必要的。另一方面,得到相同的功率因數和交互時間的光束直徑0.7毫米的激光功率5.7千瓦的焊接速度和1.4米min1應該使用。然而,由于時間的交互確定焊縫形狀和功率因素決定了它的深度相同的焊縫應達到無論系統的組合參數。因此,一方面,一個更大的光束直徑需要更多的激光功

39、率穿透一個特定的厚度,但另一方面,生產力的增加而增加光束直徑在不斷交互的時間。圖8所示。恒功率因數和交互時間(10.5 MW m1和40 ms)8毫米的熔深通過不同的光束直徑:(a) d¼0.38 mm, P¼4 kW, v¼0.57 m min1; (b) d¼0.5 mm, P¼5.25 kW, v¼0.45 m min1; (c) d¼0.75 mm, P¼7.88 kW, v¼1.12 m min1.圖10所示。參數選擇過程使用功率因數和互動的時間。圖11所示。激光功率和焊接速度MW m1 所需功

40、率因數和30 ms交互時間作為光束直徑的函數。6.1使用model-Simplified版本 另外,功率因數模型也可以用于估算激光功率需要穿透一個特定厚度在給定的焊接速度和光束直徑,沒有任何關于焊接概要文件要求。如果由激光光束直徑是固定的系統交互作用時間是決定基于焊接速度和光束直徑,而功率因數將依賴的熔深,需要實現,如圖12所示。然后根據選擇的功率因數和光束直徑合適的激光功率決定。7總結系統分析了激光功率、焊接速度和光束直徑的熔深和焊縫剖面bead-on-plate激光焊接進行了。人們已經發(fā)現,熔深成正比兩個參數:功率因數和互動的時間。這兩個參數可以簡單地計算出激光功率、焊接速度和光束直徑。這

41、個現象學模型可以作為算法找到必需的參數需要實現一個特定的滲透和焊接的焊縫剖面為特定的應用程序。模型的一個很大的優(yōu)勢是它的簡單性和獨立性的光束直徑,這使得它適用于不同的光學結構。這種方法可能會用于不同的激光系統之間傳輸參數改進過程可轉讓性。此致 克蘭菲爾德IMRC(創(chuàng)新制造研究中心)授予平臺由EPSRC(工程和物理科學研究委員會)和塔塔鋼鐵承認資助的項目。參考文獻1 Carlson千瓦。激光深熔焊接中熱量輸入的作用。:c·奧爾布賴特編輯器。進行國際會議的應用激光和光電ICALEO851985年49頁。2 訴日期格雷格森激光焊接。在belforte萊維特：D。m，編輯。茶工業(yè)激光手冊。p

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