碩士畢業(yè)論文開題文獻綜述報告

1、碩士畢業(yè)論文開題文獻綜述報告于思彬?qū)I(yè)：材料加工學號：論文題目:超高強度鋼的激光焊接研究目錄、前言 錯誤 ! 未指定書簽。、激光焊接的工藝特點及其應用 錯誤!未指定書簽。激光焊接特點 錯誤!未指定書簽。激光焊接優(yōu)勢 錯誤!未指定書簽。激光焊接參數(shù)的影響 錯誤!未指定書簽。焊接速度的影響 錯誤!未指定書簽。離焦量的影響 錯誤!未指定書簽。激光功率的影響 錯誤!未指定書簽。激光焊接應用 錯誤!未指定書簽。國外簡況 錯誤!未指定書簽。國簡況 錯誤!未指定書簽。高強鋼焊接機理及激光焊接性分析 錯誤!未指定書簽。激光與材料的相互作用 錯誤!未指定書簽。激光與材料作用的一般規(guī)律 錯誤!未指定書簽。作用過程

2、的物理描述 錯誤!未指定書簽。焊接性分析 錯誤!未指定書簽。激光焊接研究現(xiàn)狀 錯誤!未指定書簽。本論文的主要研究容 錯誤!未指定書簽。參考文獻 錯誤!未指定書簽。、前言鋼鐵材料為人類的進步做出了不可磨滅的貢獻，特別是進入工業(yè)時代以后， 鋼鐵材料更是成為了工業(yè)的基礎。 在汽車車身制造領域鋼鐵材料一直處于統(tǒng)治地 位。但隨汽車產(chǎn)量與保有量的不斷增加，如年全世界汽車總產(chǎn)量達萬輛， 保有量達億輛，年全世界汽車產(chǎn)量達萬輛，保有量億萬輛。汽車工業(yè)發(fā)展，產(chǎn)量 增加，保有量的提高產(chǎn)生出了三個問題。 其一能耗增大， 二是環(huán)保和排放污染嚴 重，三是安全交通事故增加。 減低油耗可以通過提高發(fā)動機效率， 增大傳動效率

3、等來實現(xiàn)，但實驗表明，油耗跟汽車重量成線性關系，汽車自重下降，在其他條 件不變的情況下，油耗可降,油耗降低意味著排放的減少，因此通過降低汽 車重量來實現(xiàn)節(jié)能減排是最具有優(yōu)勢的。汽車輕量化并不是盲目的追求減小車 重，其涵是在保證汽車性能不受影響的前提下， 既要有目標的減輕汽車自重， 又 要保證汽車行駛的安全性和舒適性等，同時使汽車本身的造價不被提高。此外， 減小汽車質(zhì)量能降低動力及動力傳動系統(tǒng)的負荷， 使汽車可以在較低的牽引力下 表現(xiàn)出更好的性能 。降低汽車重量， 從車身材料出發(fā)， 主要可以通過兩種途徑來實現(xiàn)， 一是采用 輕質(zhì)材料， 譬如鋁合金、 工程塑料和復合材料。 奧迪公司在年首先批量生產(chǎn)的

4、型 轎車是使用鋁質(zhì)材料制造汽車車身的最具代表性的成功之作， 其采用鋁合金擠壓 車架，質(zhì)量降低了，抗扭強度增加了 。第二個途徑就是使用車用先進高強鋼 ( )，其抗拉強度在以上， 因此可以 通過減小車身板厚來降低車身重量。實驗表 明：除疲勞強度外，壓潰強度、抗撞吸能、壓痕抗力、模量值均正比于板材厚度 和相應的材料性能。 倘若材料強度提高， 在所需性能不變的前提下， 則板材厚度 可以減薄，這樣就可以減輕構件的重量。為此，國際鋼鐵協(xié)會( ) 的鋼鐵材料供 應廠家從年到年聯(lián)合世界個國家的家鋼鐵企業(yè)共同推進了超輕型鋼制車體 ( ) 、( ) 、( ) 的研究開發(fā)項目。該項目中先進高強鋼的使用率高達 。 采

5、用先進高強鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低碳鋼板， 對減輕車身自重、 減低油耗、 提高汽車構 件強度、 保證乘客安全意義重大。 文獻 指出，采用高強度鋼還能提高白車身的 彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度及相應的振動頻率，從而有利于提高汽車的性能。近幾年， 先進高強鋼已經(jīng)逐漸成為極具競爭力的汽車輕量化材料， 在汽車上的應用比例也 在不斷地增加。 與其他材料相比， 先進高強鋼在抗碰撞性能、 耐蝕性能和成本方 面，都具有較大的優(yōu)勢。目前先進高強鋼主要包括雙相 () 鋼、相變誘導塑性 () 鋼、馬氏體 () 鋼、復相 () 鋼、熱成形 () 鋼和孿晶誘導塑性 () 鋼。超高強度鋼是通過熱成形工藝加工得到的， 因為其能量吸收率高和防撞

6、凹性 能好等綜合優(yōu)勢， 可以用于制造抗沖擊和碰撞的汽車構件， 如門加強板， 側(cè)圍柱 等，并迅速發(fā)展為汽車制造中應用前景最為看好的輕量化結構材料之一 。但由 于超高強度鋼特殊的物理化學屬性，它具有極高的屈服強度和硬度值 , 使得在焊 接過程中塑性變形很困難， 焊接工藝性能比較難控制， 傳統(tǒng)交流焊接工藝難以實 現(xiàn)超高強度鋼板的點焊連接，無法解決因為飛濺等因素帶來的質(zhì)量問題。因此， 超高強度鋼的焊接工藝是汽車生產(chǎn)過程中急需解決的關鍵技術。 激光焊接因為其 獨特的技術優(yōu)點可以很好的解決傳統(tǒng)工藝焊接過程中出現(xiàn)的問題。 國汽車生產(chǎn)企 業(yè)對超高強度鋼的激光焊接有迫切的需求， 隨著超高強度鋼應用的日益增長，

7、該 項技術在汽車行業(yè)將有廣闊的應用前景。 因而對超高強度鋼的激光焊接工藝及接 頭性能的研究具有重要的理論意義和重大的實際價值。、激光焊接的工藝特點及其應用激光焊接特點激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、熱輸入量小、柔性好、自動化程度 高、焊接接頭質(zhì)量優(yōu)異、焊接接頭變形小等一系列優(yōu)點 ，世紀年代以來，隨大 功率激光器的出現(xiàn)， 激光焊接技術在汽車、 造船、 航天航空領域都得到廣泛的應 用。激光焊接工藝能夠向工件傳輸高于的能量密度 , 因此, 其深寬比較大 (最高可 達)，焊接質(zhì)量好。 此外，激光焊接有許多優(yōu)勢所在 , 如可以通過透明介質(zhì)對密閉 容器里的材料進行焊接； 可焊接難熔化材料， 并能對異種

8、金屬進行焊接； 能實行 全方位焊接；激光束聚焦后可獲得很小的光斑，能精確定位，實行精密焊接；對 于固體激光器， 其激光束的傳輸能利用光纖進行遠距離傳輸， 能進行分光束多工 位加工，并且加工柔性好，自動化程度高；與電子束焊接相比，激光束焊接不需 要真空環(huán)境，保護氣成分、壓力可選擇，焊接不受電磁影響 。激光焊接也有不 足之處， 如其投資成本較高、 對裝配精度要求較高等。 激光焊接按焊接時熔池的 形態(tài)分為兩種形式：() 熱傳導焊 即是將高強度的激光束輻射到金屬表面， 光能量僅被表層吸收， 不 產(chǎn)生非線形或小孔效應，通過激光與金屬的相互作用，使金屬熔化后形成焊接。() 深熔焊接 激光焊接是能量通過 “

9、小孔” 轉(zhuǎn)換機制結構來完成。 在足夠高的功 率密度光束照射下， 材料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。 這個充滿蒸汽的小孔， 幾乎能全部 吸收入射光束能量。 熱量從這個高溫小孔傳遞出來， 使包圍著這個小孔腔四周的 金屬熔化，孔壁外液體流動和壁層表面力與孔腔連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持 著動態(tài)平衡，由此而產(chǎn)生連續(xù)的焊縫。激光焊接優(yōu)勢) 由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度， 導致焊接速度快， 熱影響 變形都較小，還可焊接欽、石英等難焊材料。) 因為光束容易傳輸和控制， 又不需要經(jīng)常更換焊炬、 噴嘴，顯著減少停機輔助， 所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。) 由于純化作用和高的冷卻速度，焊縫強度、韌性和綜合性能高

10、。) 由于平均熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用 ; 另外，激光焊接運轉(zhuǎn)費 較低，從而可降低工件成本。) 容易實現(xiàn)自動化，對光束強度與精細定位能進行有效控制 。激光焊接參數(shù)的影響焊接速度的影響激光焊接時激光是通過很小的直徑向材料 “注入” 熱量，材料的升溫速度很 快，材料能在很短的時間達到很高的溫度。 工件的穿透深度可以通過激光功率密 度來控制。 激光焊接時材料的熔化在很短的周期完成， 并以很快的速度凝固， 導 致焊縫組織與常規(guī)熔凝組織區(qū)別較大。 熔化金屬首先在固液相界面結晶， 然后向 熔化區(qū)部迅速長大。 在激光功率和離焦量等條件不變的情況下， 焊接速度是影響 焊縫熔池形狀及焊接質(zhì)量的重要

11、工藝參數(shù)。 焊接速度不同， 熔池中心及邊緣溫度 梯度、液態(tài)合金材料的散熱情況、熔深熔寬、熔池形狀也就不同。為了了解焊接 速度對焊縫成形和焊接質(zhì)量的影響， 選用不同焊接速度進行了實驗， 保護氣體為 氣。焊接時， 可以用線能量來描述焊件接受激光輻射能量的情況， 線能量是指單 位長度焊縫接受的激光能量。 焊接速度主要影響焊縫熔深和熔寬。 在一定的激光 功率下，提高焊接速度，焊接的線能量下降，熔深減小。因而適當降低焊接速度 可加大熔深。實驗表明，熔深隨焊接速度的增加幾乎呈線性下降。激光焊接時， 要根據(jù)材料的熱物理性質(zhì)、 焊接接頭形式和工件厚度等條件選擇焊接速度， 應能 使材料吸收到足夠的激光能量， 實

12、現(xiàn)充分的熔化， 獲得理想的熔深。 但若焊接速 度過低，熔深不會再增加，反而使焊縫熔寬增大。說明由于線能量增加，熔化區(qū) 加大，同時小孔區(qū)的溫度上升，等離子體的濃度增加，對激光的吸收系數(shù)增加。 速度低至一定值， 穿透等離子體到達小孔底部的激光功率密度過小， 不足以汽化 材料，金屬蒸汽壓不足以維持小孔，小孔不僅不再加深，甚至使小孔崩潰，焊接 過程蛻變?yōu)閭鲗汀?對于給定的激光功率等條件， 存在一維持深熔焊接的最低焊 接速度，在此最低焊速下的熔深為給定焊接條件下的最大熔深。 因此，焊接速度 過低時，會導致材料發(fā)生強烈的汽化或焊穿；焊接速度過高時，焊縫淺，焊接接 頭性能差， 對高強度鍍鋅鋼板激光焊接，

13、則易導致鍍鋅層大面積蒸發(fā)或剝落， 過 大的焊接速度也將增大氣孔和孔洞傾向，影響焊件質(zhì)量。離焦量的影響聚焦鏡是較接近工件表面的光學元件。實際上，經(jīng)透鏡聚焦的光束在焦平面 附近有一個直徑和長度均很小的束腰， 該束腰直徑即為光斑直徑， 焦點位于最小 束腰位置， 強度最大。 束腰長度即為焦深， 焦點兩側(cè)焦深圍的激光強度略有降低 （ 約為焦點強度的 ） 。光斑直徑較難精確計算或測量出， 但可以通過聚焦鏡的焦距 和發(fā)散角B的乘積來估算，9o它的具體數(shù)值是根據(jù)加工要求來確定的， 又選定 的光斑直徑可以把透鏡的焦距確定下來。離焦量是指最佳光斑尺寸與工件之間的距離。離焦量不僅影響工件表面光斑直徑的大小，而且影響

14、光束的入射方向，因而對焊縫形狀、熔深和橫截面積有較大影 響。激光焊接之前需要調(diào)整激光相對工件位置的高度距離，以便能使材料接受到最大的激光輻射。因為激光束焦點處光斑中心的功率密度高， 容易使金屬蒸發(fā)成 孔。因此，激光焊接通常需要有一定的離焦量。在進行實際激光焊接時，激光焦 點不一定是恰好在待焊工件的表面上，有時在表面上方或下方。在離開激光焦點 的各個平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負離焦焦平 面位于工件上方為正離焦；反之，為負離焦。按幾何光學理論，正負離焦量相等 時，相應平面上功率密度近視相等，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時, 小孔的功率密度比工件表面的高， 蒸發(fā)更

15、加強烈，可獲得更大的熔深這與熔池形 成過程有關。根據(jù)焊接實踐證明，導光聚焦系統(tǒng)一定時，存在一最佳焦點位置圍， 使整個焊接過程處于穩(wěn)定深熔焊，激光焦點位于工件厚度的深度時往往能獲得理 想的焊縫。激光功率的影響激光器的輸出功率是激光焊接中最重要的工藝參數(shù)，隨著激光器輸出功率的不同，材料在焊接加熱的過程中伴隨著一系列的物理的、化學的、力學的及冶金的變化也不相同，這些變化都直接或間接地影響到焊接接頭的力學性能和組織結 構。激光器輸出功率越大，熔池吸收熱量越多，使得接頭區(qū)增強相顆粒與基體間 更易于發(fā)生反應、甚至導致增強顆粒的燒損、熔池中晶粒粗大等，從而惡化接頭 的性能。為形成小孔效應，保證高強度鍍鋅鋼焊

16、透，使聚焦光斑具有足夠高的功 率密度，需要足夠的輸出功率，但在其他條件不變的情況下，當功率超過一定值 時，易出現(xiàn)焊接缺陷，如焊縫不光滑、不平整，或出現(xiàn)咬肉，同時焊縫和熱影響 區(qū)也會變寬增大。另外焊接功率過大也將增大氣孔和孔洞傾向。 選取適當?shù)募す?焊接功率，從而獲得所需的焊縫熔寬和熔深、良好的焊縫質(zhì)量。激光焊接應用國外簡況采用激光焊接是工業(yè)發(fā)達國家汽車車身制造中應用廣泛的另一種成熟工藝 激光焊接技術取代傳統(tǒng)的焊接工藝， 不僅可以提高焊接質(zhì)量， 改善車身部件的機 械力學性能， 而且可以節(jié)省材料， 大大降低車身的制造成本。 世界著名的汽車公 司紛紛采用激光焊接工藝用于其汽車車體的生產(chǎn)。 （沃爾沃

17、） 是最早開發(fā)車頂激光 焊接技術的廠家。 其后世界各大汽車公司紛紛效仿， 如德國大眾公司的、 、車型， （ 寶馬）公司的系列和 （ 歐寶） 公司的車型車頂均采用了激光焊接。 （奧迪）汽車公司 使用激光焊接生產(chǎn)車身輔助構架，每天可完成件。 （ 寶馬） 、（ 歐寶） 、（ 沃爾沃 ） 汽車公司也已建成激光焊接和切割生產(chǎn)線，用于車身構架和覆蓋件的制造 ; 意大 利（菲亞特 ） 在大多數(shù)鋼板組件的焊裝中采用了激光焊接 。（日產(chǎn)） 、（ 本田）和（豐 田）汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接工藝。 （通用） 汽車公司采用 了車身覆蓋件激光焊接生產(chǎn)線， 用來生產(chǎn)年魯那門車和蒙特卡羅門車， 使鋼板的

18、損失降低， 大大降低成本較高的鍍鋅鋼板消耗。 在都市車的制造中， 采用激光焊 接方法焊接高強鋼的立柱和車頂， 省去了原來用于加固的沖壓件， 降低了工裝費 用，提高了焊接質(zhì)量。 公司生產(chǎn)的車身鋼板激光焊機可連續(xù)焊接的焊縫， 在一個 焊接循環(huán)中實現(xiàn)單道或多道焊焊縫， 使制造成本降低 。（克萊斯勒 ） 公司年大切 諾基車的一體式車身側(cè)板、 門板及 （福特） 公司車的門板都采用了激光焊接 。至 年，美國三大汽車公司的車身部件點焊生產(chǎn)線已被激光焊接生產(chǎn)線所代替。 一臺 大功率激光器配上數(shù)控加工系統(tǒng)可取代十臺電阻焊機械手， 且效率是電阻點焊的 十倍以上。 僅僅激光焊取代電阻點焊一項平均每輛車身自重就可減輕

19、。 激光焊接 技術正向高速度、高精度、高柔性、低成本、智能化、集成化的方向發(fā)展 。國簡況我國在世紀年代就開始了激光焊接的研究， 是最早能用激光焊接集成電路的 國家之一。 在低功率連續(xù)的激光器的焊接應用方面， 我國首先進行的是薄壁件的 焊接，經(jīng)過二十幾年的努力， 有了大批有水平的科研成果， 的的激光器和的激光 器已經(jīng)形成系列產(chǎn)品樣機， 特別是有了基模軸流激光器， 這就為我國卡站激光焊 接創(chuàng)造了條件，激光切割、焊接、打標、熱處理在汽車工業(yè)中均有廣泛的應用。國外成功的應用時對汽車變速箱的同步環(huán)與齒輪的焊接， 汽車廠引進意大利 依維柯車的變速箱， 指定采用了激光焊。 年以來， 華中理工大學與鋼鐵公司聯(lián)

20、合 開展了汽車用鍍鋅板和深沖板的激光拼焊和可靠性專項研究， 實驗結果表明， 在 適當?shù)募す夂腹に嚄l件下， 接頭強度和疲勞性能都不低于母材， 彎曲性能與母材 相差不大。國家自然科學基金委在年把 “大功率及激光三維焊接和切割理論與技術” 作 為重點項目進行資助， 國家產(chǎn)學研激光技術中心對此進行了系統(tǒng)研究， 為在我國 汽車車身制造業(yè)中應用三維激光立體加工技術做出了較大貢獻， 為一汽轎車、 寶 山鋼鐵公司等開展了工程技術攻關。 該課題組主要研究了激光三維方位切割的人 工神經(jīng)網(wǎng)絡分析、 三維激光加工軌跡生成、 三維工件激光加工自動編程、 激光三 維加工軌跡計算機仿真、 三維激光加工軌跡規(guī)劃等， 并開發(fā)了

21、具有自主知識產(chǎn)權 的三維加工軟件，初步研究了激光切割工藝參數(shù)的智能擇系統(tǒng) 。以上情況說明我國激光焊接在汽車工業(yè)方面的應用做了大量的工作， 也取得 了一定的成果，但應看到，與日本、美國、歐洲等激光焊接應用于汽車工業(yè)的發(fā) 達國家相比， 差距還是很大。 隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和改革開放的深入， 汽車 工業(yè)已成為我國支柱產(chǎn)業(yè)， 激光界一定要抓住機遇， 提高自己的技術水平， 在競 爭中尋找自身的位置，盡早跨入激光焊接的先進工業(yè)大國之列。高強鋼焊接機理及激光焊接性分析激光與材料的相互作用激光與材料作用的一般規(guī)律金屬材料的激光加工主要是基于光熱效應的熱加工， 其前提是激光為被加工 材料所吸收并轉(zhuǎn)化為熱。 在

22、不同功率密度的激光束的照射下， 材料表面區(qū)域?qū)l(fā) 生各種不同的變化，這些變化包括表面溫度升高、熔化、汽化、形成小孔以及產(chǎn) 生光致等離子體等。 當激光功率密度在大于小于數(shù)量級圍時， 材料表層將發(fā)生熔 化，主要用于金屬的表面重熔、合金化、熔覆和熱導型焊接。當激光功率密度在 大于數(shù)量級時，材料表面在激光束的輻射下強烈汽化，在汽化膨脹壓力作用下， 液態(tài)表面向下凹陷形成深熔小孔 。與此同時，金屬蒸氣在激光束的作用下電離 產(chǎn)生光致等離子體。 這階段主要用于激光深熔焊接、 切割和打孔等。 一束空間 強度和時間特性分布確定的激光照射到金屬表面時， 隨著照射時間的推移將產(chǎn)生 如下幾個過程：. 沖擊強化過程。.

23、熱吸收過程。. 表面熔化過程。溫度不斷升高將導致表面熔化，隨著熱影響區(qū)向部擴散，熔池 也將向部發(fā)展。. 氣化過程。具有相當強度密度的激光束可產(chǎn)生氣化和等離子體輻射，隨著激光 照射的持續(xù)，熔池的表面將產(chǎn)生氣化，并開始生成等離子體，形成表面燒蝕。. 復合過程。氣化物和等離子體的濺射和反向輻射對入射光產(chǎn)生屏蔽現(xiàn)象，如果 照射持續(xù)進行， 并滿足一定條件， 則屏蔽作用開始減弱并形成自動調(diào)節(jié)的菲涅 爾（） 吸收，即自持調(diào)整狀態(tài)。作用過程的物理描述激光束與材料相互作用可形成多種加工工藝，例如，有的要求激光對材料加 熱并去除材料， 如打孔、 切割和表面清洗等； 有的要求將一種或多種材料加熱到 熔化程度而不要求

24、去除材料， 如焊接和合金化等連接過程。 有的則要求加熱到一 定溫度使材料產(chǎn)生改性 （ 金屬組織相變 ） ，如表面強化和硬化等。 但是無論哪種加 工工藝，它們所涉及的激光與物質(zhì) （ 材料） 相互作用的原理都是一樣的。激光能量的吸收當一束激光照射到材料表面時， 除一部分光子從材料表面反射外， 其余部分 能量滲入材料部而被材料所吸收，滲入材料部的光通量主要對材料起加熱作用。 不同材料對不同波長入射光的吸收與反射有著很大差別， 這里假設金屬表面為理 想平面，如果設材料表面的反射率為，則吸收率為。對于大部分金屬，根據(jù)實 驗，其反射率約在之間，當材料表面與空氣分界且光波正入射時， 可由下 式估算 式中，和

25、是復數(shù)折射率的實數(shù)和虛數(shù)部分。對于非金屬材料。一般而言，導電率 高的金屬材料對光波的反射率也高， 表面光潔的材料反射率也高， 表面粗糙、 具 有人為涂層的表面、 加工中金屬表面形成的液相和氣相等都有利于提高材料對光 能的吸收。材料的熔化和汽化 材料的加熱是光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程。 設入射激光的功率密度為， 材料表面的光 吸收功率密度為，則有 ：()式中為材料表面的反射率。 被金屬表面吸收的光功率密度會深入材料部， 其規(guī)律 可由朗泊定律確定：()式中： () 沿光束軸線方向，距金屬表面深度處的光功率密度；光在材料中的吸收系數(shù)； 從材料表面算起的深度。多數(shù)金屬的吸收系數(shù)。吸收過程僅發(fā)生在被照射金屬材

26、料厚度為卩的圍，被稱為金屬的趨膚效應。 激光束在很薄的金屬表面層被吸收， 使金屬中自由 電子的熱運動能增加，并在與晶格碰撞的很短時間( ) 把電子的能量轉(zhuǎn)化為晶格的熱振動能。結果引起材料溫度的升 高，然后按熱傳導的機理向周圍和部傳播，從而改變材料表面及部各加熱點 的溫度。激光波長較長時，光能可以直接被材料的晶格吸收而使熱振蕩加劇 ; 激光波 長較短時， 光能激勵原子外層電子， 這種激勵通過碰撞而傳播到晶格上 (其中包 括金屬摻雜的影響)，使光能轉(zhuǎn)換成熱能。由激光照射引起材料的破壞過程，是 指在足夠高的功率密度的激光束照射下，被加工材料表面達到熔化和汽化溫度， 從而材料汽化蒸發(fā)或熔融濺出， 與此

27、同時材料部的微裂紋與缺陷由于受材料熔凝 和其它場強變化而進一步萌生和擴展， 從而導致周圍材料的疲勞和破壞的動力學 過程。激光功率密度過高時，材料在表面上汽化，而不再深層熔化。如果功率密 度過低，則能量就會擴散分布并加熱較大體積，這時焦點處熔化深度會很小。 就材料對激光的吸收而言， 材料的汽化是一個分界線 。表面沒有汽化， 不論材 料處于固相還是液相， 其對激光的吸收僅隨表面溫度的升高而有較慢的變化； 而 一旦材料出現(xiàn)汽化并形成等離子體和小孔，材料對激光的吸收會發(fā)生突變， 其吸收率決定于等離子體與激光的相互作用和小孔效應等因素。 金屬材料在系列 脈沖激光束的作用下， 當?shù)谝粋€脈沖到達材料表面并被

28、吸收時， 由于材料表層的 溫度梯度很陡， 表面上先產(chǎn)生熔化區(qū)域， 接著產(chǎn)生汽化區(qū)域。 當下一個脈沖來臨 時，光束能量在熔融狀材料的一定厚度被吸收， 此時較里層材料就能達到比表層 汽化更高的溫度， 使材料部汽化壓力加大， 促使材料外噴， 把熔融狀材料也一起 噴出去 。所以在一般情況下， 材料是以蒸氣和熔融狀兩種形式被去除的。 如果 功率密度更高而脈寬更窄， 在很短時間多次將汽化能量輸給材料， 這就會在局部 產(chǎn)生過熱現(xiàn)象， 從而引起爆炸性汽化， 此時材料完全以汽化的形式被去除而幾乎 不出現(xiàn)熔融狀態(tài)。焊接性分析() 激光焊的焊接熱循環(huán)分析激光焊分為傳熱焊和深熔焊， 功率密度小于為傳熱焊， 熔深淺，焊

29、接速度慢； 功率密度大于時，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴” ，形成熔深焊，焊接速度快， 深寬比大。高強度鋼的激光焊主要采用這種工藝。熔深焊的焊接熱循環(huán)與傳統(tǒng)的焊接方法相比有所不同， 的溫度梯度大， 高溫 停留時間短，的峰值溫度可達C。細晶鋼激光焊距焊縫中心處的峰值溫度為c, 最大加熱速度C 峰值溫度為C的平均冷卻速度是C,轉(zhuǎn)變時間為。() 高強度鋼激光焊的焊接裂紋分析高強度鋼激光焊時會產(chǎn)生裂紋， 激光焊使接頭組織細化而提高接頭的抗熱裂 紋和冷裂紋的能力， 但激光焊快速加熱冷卻的熱循環(huán)特性使碳當量較高的高強度 鋼接頭出現(xiàn)傳統(tǒng)焊接方法中不常出現(xiàn)的裂紋缺陷，尤其是焊接速度高的情況下， 主要原因是：

30、熱循環(huán)特點增加了接頭的金相分析的復雜程度，以致常規(guī)的圖無 法精確地解釋激光焊接過程接頭的相變行為； 接頭的硬度比傳統(tǒng)的焊接方法高， 奧氏體明顯長大使接頭易出現(xiàn)淬硬性組織，裂紋易產(chǎn)生； 焊接過程的導熱各向 異性和凝固收縮使接頭的焊接應力很大； 快速冷卻使焊縫凝固時雜質(zhì)元素更趨 于偏析，易形成對接頭性能不利的氧化物夾雜。 不過可以采取以下措施防止： 預 熱和后熱處理；填絲焊；采用高能半導體激光器；采用復合焊接技術。()高強度鋼激光焊接頭的軟化軟化問題實際上是焊接熱影響區(qū)性能變化的問題， 這是焊接調(diào)質(zhì)鋼時的一個 普遍問題，熱影響區(qū)凡是加熱溫度高于母材回火溫度至的區(qū)域，由于碳化物的積聚而使鋼材軟化。中

31、碳合金高強度鋼調(diào)質(zhì)態(tài)焊接件經(jīng)過激光焊后，在接頭的熱影 響區(qū)產(chǎn)生軟化的現(xiàn)象。激光焊接高強度鋼時，可以通過采用大功率高焊速的大規(guī) 獲得的寬度小，軟化區(qū)窄，從而減少軟化現(xiàn)象。根據(jù)激光熱循環(huán)特性可知，高強 度鋼激光焊接比一般焊接方法焊接更容易控制軟化現(xiàn)象 。激光焊接研究現(xiàn)狀自世紀年代以來，激光焊接逐漸發(fā)展成為一種新的連接技術， 因為激光焊接 技術具有傳統(tǒng)焊接方式無可比擬獨特優(yōu)勢，國外學者非常重視并開展了大量的研 究工作。等人對鎂合金的激光焊接熔池的形成開展了較為系統(tǒng)和深入的研究， 得到的最終實驗數(shù)據(jù)與期望值非常的接近。等人在不銹鋼激光焊接工藝方面取 得了非常好的研究成果，不僅改善了焊接工件的強度，塑性

32、及抗疲勞能力，而且 使強度，塑性及抗疲勞能力之間的均衡性得到明顯提高0激光焊接在涂層及表 面防護技術方面的表現(xiàn)也非常優(yōu)秀。等人通過對鎳裂紋的行為為基礎的激光熔覆復合涂層進行了研究。結果表明，裂紋起源于復合涂層與基體的界面， 然后通 過析出碳化物由于顆粒溶解通過。使用激光焊接覆層技術有效的減少了型中碳鋼 的表面裂紋現(xiàn)象0等人對激光焊接工件中可能出現(xiàn)的工件扭曲或產(chǎn)生參與應 力進行了模擬，預測了誘導的數(shù)值模擬扭曲和殘余應力。得到的模擬結果與實驗 值非常接近，從而為該工藝在實際生產(chǎn)中的應用奠定了良好的理論基礎。.等人對有和無中間夾層的激光焊接工藝的研究成果發(fā)表在國際著名期刊上，研究表明鋅合金的中間層的

33、加入提高了鎂鋁合金接頭力學性能。金屬間相存在著分散 顆粒約微厚一層薄薄的形式。使用鋅合金層，接頭剪切強度增加一倍0美國賓 州州立大學的.等人對不銹鋼的激光點焊熔池研究后發(fā)現(xiàn)， 激光光束的照射所產(chǎn) 生的金屬蒸汽會造成較為嚴重不銹鋼金屬損失。其它關于激光點焊系統(tǒng)的研究 則是針對銅或金屬箔進行的0.等人在其論文中談到了不銹鋼在激光點焊工程 中熱轉(zhuǎn)換及液體流動問題，從中看到在作用區(qū)的溫度變化及液體速度流動及快， 在作用區(qū)的加熱及冷卻速度，溫度梯度，凝固速率都十分不均勻，且比鎢極氬弧 焊要高得多。此外 等對激光點焊工藝中的氣孔形成進行了深入研究分析， 結果發(fā)現(xiàn)在金屬蒸汽揮發(fā)中氣孔極有可能產(chǎn)生，可見在激光

34、點焊特別是對鋼材 的加工過程中對溫度及材料汽化過程的探討十分重要 。本論文的主要研究容汽車輕量化對于節(jié)省能源、保護環(huán)境、提高安全都有著重要的現(xiàn)實意義，而 超高強度鋼的應用則是解決該問題的有效途徑之一。目前國在掌握超高強度鋼沖 壓件生產(chǎn)工藝和點焊連接方面的技術尚不成熟，其應用量與發(fā)達國家相比還有一 定的差距。國汽車用超高強度鋼的研制還處在引進、 消化吸收的階段，在汽車應 用方面，超高強度鋼的同種材料和異種材料的連接技術決定了超高強鋼能否大量 的應用于汽車白車身。為了使我國汽車工業(yè)迅速趕上發(fā)達國家的水平，提高民族汽車工業(yè)的競爭力，對超高強度鋼的點焊連接技術的研究迫在眉睫。本論文研究的主要容有以下幾個方面：()、激光焊接參數(shù)的選擇(激光功率、離焦量、焊接速度)。()、超高強度鋼的激光焊接接頭性能研究。(包括微觀組織，力學性能，剪切斷口的斷裂機制等。)()、超高強度鋼不同接頭形式下的力學性能。(搭接接頭和對接接頭)。()、激光焊接方法對超強度鋼接頭性能的研究和探討。參考文獻-().馬鳴圖，吳寶榕等雙相鋼一物理和力學冶金第版.:冶金工業(yè),鄧澤英.車