山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文開題報告

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文開題匯報班級：成型063姓名：韓坤論文題目復(fù)合焊中的GMAW焊接熱過程的解析選題背景和意義：伴隨工業(yè)的迅速發(fā)展，多種新型材料的不停開發(fā)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接成為具有給定功能的構(gòu)造制造技術(shù)。幾乎所有的產(chǎn)品在生產(chǎn)中都不一樣程度地依賴焊接技術(shù)，焊接技術(shù)的應(yīng)用也愈來愈廣泛，焊接技術(shù)已經(jīng)成為一門獨立的學(xué)科。由于焊接構(gòu)造具有重量輕、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)周期短等長處，可以預(yù)測焊接技術(shù)在石油化工、電力、橋梁、船舶、核潛艇、核動力工程、汽車制造、房屋建設(shè)以及多種金屬構(gòu)造等工業(yè)部門將得到更為廣泛的應(yīng)用。激光焊是近來幾年發(fā)展起來的一種高能量的焊接措施。它是用激光來加熱，因此可以穿透透明介質(zhì)。激光焊焊接速度快、能量密度高、靈活性大、可精確控制、焊縫的深寬比大、熱輸入量低、焊接變形小，可直接曝露在空氣中進(jìn)行焊接而不需真空環(huán)境或氣體保護(hù)。整個激光焊焊接過程進(jìn)行的非?？?，焊接熱影響區(qū)和焊接變形小，尤其適合于精密構(gòu)造件和熱敏感器件的焊接，但激光焊對焊接接頭裝備精度和間隙規(guī)定高，焊縫輕易出現(xiàn)氣孔、裂縫和咬邊等缺陷，設(shè)備投資大，能量轉(zhuǎn)換效率低。為消除或減少單激光熱源焊接的缺陷，人們在保持激光加熱的長處的基礎(chǔ)上，運用其他熱源的加熱特性來改善激光對工件的加熱，從而把激光與其他熱源一起進(jìn)行復(fù)合熱源焊接。常規(guī)的熔化極電弧焊雖然焊接速度慢、焊接熱輸入大、熔深小、熱影響區(qū)大、焊接變形大，不過設(shè)備投資小，對間隙不敏感，能填充金屬。激光焊接由于熱作用區(qū)域小，母材端面接口輕易發(fā)生錯位。而電弧焊接的熱作用范圍較大，可以緩和對接口的規(guī)定，減少錯位，使焊接質(zhì)量和效率得到提高。因此，采用激光+電弧的復(fù)合焊接措施成為激光焊接的新的發(fā)展趨勢之一。激光-GMAW復(fù)合焊是指將激光焊接技術(shù)與老式的熔化極氣體電弧焊(GMAW)結(jié)合起來進(jìn)行焊接。混合的激光加工技術(shù)將一種二級能源合并到焊接池區(qū)域，使得激光焊接的優(yōu)勢得到詳細(xì)化，其中優(yōu)勢包括焊接速度得到提高，熱影響區(qū)域受到限制，焊接的接縫變窄同步具有精良的焊道外形。熔化極氣體電弧焊作為二次能源，它提高了總體的加工能量效率，減少了設(shè)備成本的同步還提高了焊接縫隙的能力，減少了焊縫的冷卻速率。因此，采用科學(xué)的計算機(jī)模擬措施對激光-GMAW焊接的熱過程進(jìn)行分析，理解有限板厚、體積熱源分布、工件表面散熱等原因?qū)す?GMAW復(fù)合焊接的影響，并獲得多種工藝條件下的熔深、熔寬等數(shù)據(jù)。為我們更好的理解激光-GMAW復(fù)合焊接過程所發(fā)生的復(fù)雜現(xiàn)象并深入控制焊接過程、保證焊接質(zhì)量發(fā)明了條件。二、課題關(guān)鍵問題及難點：激光-GMAW復(fù)合焊接是一種非常復(fù)雜、波及到光-等離子體-金屬材料之間復(fù)雜互相作用的局部冶金過程。在整個焊接過程中最基礎(chǔ)的問題是激光與GMAW電弧的能量耦合機(jī)制以及與材料之間的互相作用。激光-GMAW復(fù)合焊接中的幾種關(guān)鍵問題重要有激光、電弧以及材料的能量耦合機(jī)制，激光與電弧的互相作用，激光、電弧與母材的互相作用，以及復(fù)合熱源焊接熔池內(nèi)的傳熱與傳質(zhì)等。三、調(diào)研匯報（或文獻(xiàn)綜述）：伴隨工業(yè)的迅速發(fā)展，多種新型材料的不停開發(fā)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)是一種將材料永久連接，成為具有給定功能的構(gòu)造制造技術(shù)。幾乎所有的產(chǎn)品在生產(chǎn)中都不一樣程度地依賴焊接技術(shù)，焊接技術(shù)的應(yīng)用也愈來愈廣泛。激光焊接技術(shù)是激光技術(shù)、焊接技術(shù)、自動化技術(shù)、材料技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)及產(chǎn)品設(shè)計為一體的綜合技術(shù)。激光復(fù)合焊技術(shù)是將物理性質(zhì)、能量傳播機(jī)制截然不一樣的兩種熱源復(fù)合在一起，同步作用于同一加工位置，在充足發(fā)揮各自的優(yōu)勢時，又互相彌補(bǔ)了各自的局限性，從而形成了一種全新高效的熱源。1、激光焊接概述及特點激光焊接時，激光照射到被焊接材料的表面，與其發(fā)生作用，一部分被材料表面反射，一部分進(jìn)入材料的內(nèi)部。激光射線的光子通過轟擊被焊接材料的表面形成蒸汽，并可以覆蓋在金屬材料表面以防止剩余能量被金屬反射掉。激光的光波入射材料時，材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動，使光子的輻射變成了電子的動能。這些原始激發(fā)能通過一定的過程再轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而可認(rèn)為焊接提供熱源。激光焊接與其他老式焊接工藝相比，有著許多長處。激光焊接可以將激光束集中于非常狹小的區(qū)域，從而產(chǎn)生高能量密度的熱源，在高速加工中能防止熱損傷和焊接變形，可進(jìn)行精密零件、熱敏感性材料加工；激光焊接裝置不需要與被焊接材料直接接觸，激光可以穿過透明材料進(jìn)行聚焦，因此可以焊接一般措施難以靠近的接頭或無法安頓的焊接點；激光焊接中被焊接材料不易被氧化，可以直接曝露在大氣下進(jìn)行焊接而不需要真空或氣體保護(hù)。不過激光焊接仍有許多局限性之處，其一就是規(guī)定焊件之間的裝備精度較高，并且規(guī)定光束在工件上的位置不能有明顯偏移，否則很輕易導(dǎo)致焊接缺陷。另一缺陷就是激光焊接的設(shè)備費用較高，投資成本比較大。2、熔化極氣體保護(hù)焊概述與特點熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低、易于實現(xiàn)自動化等長處，在制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的熔化極電弧焊雖然焊接速度慢、焊接熱輸入大、熔深小、熱影響區(qū)大、焊接變形大，不過設(shè)備投資小，對間隙不敏感，能填充金屬。焊接過程中的保護(hù)氣體可以使電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴過渡平穩(wěn)、安定、無劇烈飛濺。熔化極氣體保護(hù)焊在工藝上、生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)效果等方面有著下列長處：氣體保護(hù)焊是一種明弧焊，焊接過程中電弧及熔池的加熱熔化狀況清晰可見，便于發(fā)現(xiàn)問題與及時調(diào)整，故焊接過程與焊縫質(zhì)量易于控制；氣體保護(hù)焊在一般狀況下不需要采用管狀焊絲，因此焊接過程沒有熔渣，焊后不需要清渣，省掉了清渣的輔助工時，減少了焊接成本；合用范圍廣，生產(chǎn)效率高，易進(jìn)行全位置焊及實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。局限性之處：焊接時采用明弧和使用的電流密度大，電弧光輻射較強(qiáng)；另一方面，是不適于在有風(fēng)的地方或露天施焊；設(shè)備較復(fù)雜。3、激光－GMAW復(fù)合焊技術(shù)特點激光復(fù)合焊是指將激光焊接技術(shù)與老式的金屬極氣體電弧焊(GMAW)結(jié)合起來進(jìn)行焊接。激光復(fù)合焊技術(shù)消除了單激光熱源的焊接缺陷，人們在保持激光加熱的長處的基礎(chǔ)上，運用其他熱源的加熱特性來改善激光對工件的加熱，從而把激光與其他熱源一起進(jìn)行復(fù)合熱源焊接。激光復(fù)合焊集成了激光焊的高穿透、低熱量和高速等特點，以及熔化極氣體電弧焊所具有的極佳的縫隙公差和金相控制。復(fù)合工藝最終得到更深的焊接，更低的熱量輸入，更小的熱變形，更高的焊接強(qiáng)度和韌度，以及更高的抗疲勞強(qiáng)度。其重要長處有：焊接能量集中、焊接速度較快、熔深大；電弧過程穩(wěn)定；焊縫成形美觀，變形小，焊后矯正量小，比單激光熱源焊接好；對接頭間隙不敏感，可通過焊絲改善焊縫的性能，擴(kuò)大了激光在工業(yè)中的應(yīng)用范圍。4、我國激光－GMAW復(fù)合焊技術(shù)現(xiàn)實狀況和發(fā)展激光與熔化極電弧復(fù)合焊接過程是一種非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在比較小的焊接區(qū)域中有大量的高溫激光致等離子體、電弧等離子體、受熱蒸發(fā)的母材金屬等，因此這使得要想徹底理解激光與電弧的互相作用變得很困難。目前國內(nèi)對復(fù)合熱源焊接技術(shù)的研究重要集中在工藝自身的研究與開發(fā)上，對某些基礎(chǔ)性的機(jī)理問題還缺乏較深入的研究。研究工作大多集中在對復(fù)合熱源焊接機(jī)理的分析，重要有激光壓縮引導(dǎo)穩(wěn)定電弧、激光對熔滴過渡的影響、激光與電弧復(fù)合熱源焊接熔池與小孔行為。哈爾濱焊接研究所已經(jīng)成功地將研究開發(fā)的激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)應(yīng)用到了實際產(chǎn)品的生產(chǎn)中，經(jīng)典的產(chǎn)品有高強(qiáng)鋼及超高強(qiáng)鋼減震器鋼體與筒體(強(qiáng)度1000～1780MPa，厚度12～25mm)的焊接，有效地處理了焊接裂紋以及缸體內(nèi)層鍍鉻層的燒損及構(gòu)件的變形問題。哈爾濱焊接研究所還成功的用激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)處理了不銹鋼雙面復(fù)合板(不銹鋼復(fù)合層的厚度在0.15mm左右，材料為0Cr18Ni9Ti，基層采用Q235低碳鋼材料，厚度在1.0～2.0mm之間)焊接接頭的腐蝕與變形問題。目前，伴隨激光+GMAW工藝研究的逐漸成熟，其與相對落后的焊接機(jī)理研究所形成的矛盾，在很大程度上限制了激光+GMAW復(fù)合熱源焊接技術(shù)的應(yīng)用。四、方案論證：首先學(xué)習(xí)和理解激光復(fù)合焊接工藝，并對激光-CMAW復(fù)合焊接中CMAW焊接熱過程進(jìn)行研究分析，然后對其焊接過程進(jìn)行推導(dǎo)、以及進(jìn)行詳細(xì)數(shù)學(xué)描述。在進(jìn)行數(shù)值建模分析前學(xué)習(xí)和掌握Fortran程序設(shè)計語言與Origin作圖軟件對試驗圖像進(jìn)行輸出處理。運用充足的時間設(shè)計和調(diào)試激光-CMAW焊接熱過程解析的計算程序，并整頓出計算成果，得到等溫線，熔合線，焊接熱循環(huán)曲線以及t8/5參數(shù)。參照文獻(xiàn)：1武傳松.焊接熱過程與熔池形態(tài)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2B.Ribic,R.Rai,T.DebRoy.NumericalsimulationofheattransferandfluidflowinGTA/Laserhybridwelding[J].ScienceandTechnologyofWeldingandJoining,；13(8):683-6933C.BaggerandF.O.Olsen.Reviewoflaserhybridwelding[J].JournalofLaserApplication,；17(1):2-14五、進(jìn)度安排：第1~2周熟悉設(shè)計內(nèi)容，查閱資料、翻譯外文資料。第3~4周畢業(yè)實習(xí)。第5周熟悉激光復(fù)合焊接工藝。第6~7周熟悉激光-GMAW復(fù)合焊接中GMAW焊接熱過程解析解的推導(dǎo)、以及詳細(xì)數(shù)學(xué)描述。第8~9周學(xué)習(xí)和掌握Fortran語言編程與Origin軟件畫圖處理。第10~