碩士畢業(yè)論文外加電場下低功率釔鋁石榴石激光焊接機理分析

精品文檔-下載后可編輯碩士畢業(yè)論文外加電場下低功率釔鋁石榴石激光焊接機理分析論文類型：碩士畢業(yè)論文論文字?jǐn)?shù)：60000字論點：激光,電弧,復(fù)合論文概述：

本文從焊縫表面形貌、熔深、焊接等離子體形態(tài)、等離子體光譜等度入手對比了有無外加電場下，TIG焊接、低功率YAG激光悍接及其復(fù)合焊接的變化，并在此基礎(chǔ)上分析了外加電場對TIG焊接

論文正文：

第一章是介紹

1.1激光+電弧混合熱源焊接技術(shù)

1.1.1激光+電弧混合熱源端口連接技術(shù)1801年提出

杜威發(fā)現(xiàn)了電弧放電現(xiàn)象，這是現(xiàn)代對接技術(shù)的起點。1920年，英國全尺寸船下水使用。電弧焊(Arcwelding)是一種利用高溫電弧將焊接金屬熔化并熔合成焊接接頭的焊接方法。它的本質(zhì)是氣體放電。這種低能量密度的電弧焊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟的金屬連接技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[1】。今天，弧焊技術(shù)仍活躍在工業(yè)生產(chǎn)階段，因為它具有以下優(yōu)點:生產(chǎn)成本低(能量利用率可達(dá)到輸入功率的60%以上)、工裝要求低、橋接能力強(焊接工件的平面度和間隙要求不嚴(yán)格)、烘烤件厚度大。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電弧保護的焊接速度慢、熔化深度低、深寬比小、熱影響區(qū)大等缺點限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。激光是一種高能量密度的高能光束，在打標(biāo)、鉆孔、雕刻、微加工、材料切割、焊接等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。因為它進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。西奧多·梅曼(TheodoreMaiman)在1960年發(fā)明了第一臺激光[2]，對激光與材料相互作用以及激光在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用的研究始于1963年。激光焊接，即激光束照射材料，使其表面在高溫下熔化成液態(tài)，然后冷卻固化的封閉方法。激光作為一種高能光束，具有深寬比大、焊接接頭殘余應(yīng)力低、焊接速度快的優(yōu)點。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，激光已經(jīng)成為21世紀(jì)的先進(jìn)焊接技術(shù)。然而，激光焊接技術(shù)存在焊接成本高、光束能量利用率低、不適合焊接較厚的板材等缺點，極大地限制了其廣泛應(yīng)用。

針對電弧焊和激光焊接的優(yōu)缺點，一種新的復(fù)合焊接技術(shù)——激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)應(yīng)運而生。激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。第一階段是激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的發(fā)明階段，由英國學(xué)者SteenW提出。我在20世紀(jì)70年代末。SteenW.M.研究了激光與電弧相互作用的基本特性。激光+電弧復(fù)合熱源技術(shù)的第二階段始于20世紀(jì)80年代中期。結(jié)果表明，激光會影響電弧柱行為，提高電弧熱燙效果，從而促進(jìn)電弧熱燙技術(shù)的發(fā)展。激光+電弧復(fù)合熱源技術(shù)的第三階段始于1990年。在這一階段，連續(xù)CO2激光焊接已經(jīng)在工業(yè)中得到很好的應(yīng)用。激光是主要熱源，電弧是次要熱源。該技術(shù)結(jié)合了兩種焊接技術(shù)的優(yōu)點，使兩種焊接技術(shù)相輔相成，形成了一種全新的高效早期焊接技術(shù)，優(yōu)于以往已知的技術(shù)。激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的機理是兩種不同的能量傳遞機理和物理性能:焊接熱源作用在工件的同一位置，從而提高焊接質(zhì)量。

1.1.2激光+電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)分類

激光與電弧的相對位置。復(fù)合熱源焊接技術(shù)可分為近軸和同軸組合。隨著電弧焊的發(fā)展，根據(jù)電弧的不同類型，激光與電弧的復(fù)合方法主要有:激光+鎢極氬弧焊(laser+TIG)、激光+MIG/MAG、激光+等離子弧、激光+雙弧復(fù)合、激光+埋弧焊復(fù)合等。根據(jù)激光器的類型，可分為CO2激光器+電弧復(fù)合熱源焊接、YAG激光器+電弧復(fù)合熱源選擇性焊接和高功率光纖激光器+電弧復(fù)合熱源焊接。

(1)激光+鎢極氬弧焊復(fù)合焊接激光+電弧復(fù)合熱源焊接首次從CO2激光和鎢極氬弧焊[4]的近軸組合進(jìn)行研究，這是在1979年由STEEN，W.M提出的。在激光+TIGfi復(fù)合熱源的焊接過程中，激光功率、TIG電流、鎢極高度、激光與TIG電弧的夾角、燈絲間距(Dla)、激光散焦量、保護氣體流量、焊接速度等焊接參數(shù)是影響激光+T1G電弧復(fù)合焊接效果的重要因素。由于激光與鎢極氬弧焊的相互作用，實現(xiàn)了1+1>2的焊接效果，使得激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接具有獨特的優(yōu)勢。結(jié)果表明，復(fù)合焊接的熔化效率提高可達(dá)83.6%，焊接熔深可達(dá)TIG焊接熔深的3倍以上，激光焊接速度可達(dá)TIG焊接速度的10倍以上，激光焊接速度可達(dá)TIG焊接速度的'2倍以上。在激光+鎢極氬弧焊復(fù)合焊接中，由于激光對鎢極氬弧焊的吸引力、收縮性和穩(wěn)定性，仍能實現(xiàn)高速良好的焊接。接縫外觀美觀，氣孔、底切等早期接縫缺陷大大減少。此外，與鎢極氬弧焊相比，復(fù)合熱源顯著提高了接頭的機械性能，使其相當(dāng)于母材。激光+鎢極氬弧焊近軸復(fù)合焊接是一種非對稱熱源復(fù)合焊接。激光首先穿過電弧，然后作用在基底金屬上。因此，電弧將屏蔽激光。同時，當(dāng)大體積鎢極氬弧焊炬與激光結(jié)合時，對電極高度等實驗參數(shù)的精度要求很高。由于鎢電極是非熔化電極，上述缺點可以通過激光+鎢極氬弧焊電弧-軸連接來改善。同軸化合物在連接過程中是穩(wěn)定的，因為它沒有連接)。連接速度也大大提高，有利于氣體溢出和接頭氣孔的減少。

(2)激光+MIG/MAG電弧混合焊接1985年，NagataS等人[27]在激光+MIG/MAG電弧傍軸混合熱源焊接技術(shù)的研究中處于領(lǐng)先地位。這種復(fù)合焊接方法利用填絲焊接的優(yōu)點，增強了復(fù)合焊接的適應(yīng)性。米格/軍法署署長；早期細(xì)絲的熔化增加了熔池中熔融金屬的量，并且正在增加。當(dāng)二次接頭穿透較深，提高了熱燙接頭的橋接性能時，對對接工裝精度的要求，如間隙、錯邊、接頭工裝適中等也降低了。激光+MIG/MAG電弧復(fù)合焊接技術(shù)還改善了焊縫的冶金性能和顯微組織，減少了烘烤焊縫的咬邊和凹陷等成形缺陷。與激光+鎢極氬弧焊相比，激光+MIG復(fù)合熱源板厚更大，焊接適應(yīng)性更強。與單激光器相比，激光+MIG/MAG電弧復(fù)合焊接中電弧能量的冷卻狀態(tài)受力方便控制，有利于熔池中氣體的溢出、氣孔的消除和裂紋的減少。與單獨M1G/MAG電弧焊相比，激光+MIG/MAG電弧焊中的激光可以提高電弧焊的穩(wěn)定性，提高電弧焊的效率。此外，在合適的參數(shù)下，可以實現(xiàn)熔滴轉(zhuǎn)移方式的改變，使焊接過程更加穩(wěn)定，減少單獨進(jìn)行MIG/MAG電弧焊接時的飛濺。正是由于激光+MIG/MAGlU電弧復(fù)合焊接的獨特優(yōu)勢，復(fù)合焊接技術(shù)成為目前最受關(guān)注的研究方向之一。

1.2電磁焊接技術(shù)18-21

1.3焊接過程中的等離子體觀察和采集21-23

1.4本文的主要內(nèi)容是23-25

第二章實驗材料、設(shè)備和方法25-32

2.1實驗材料25

2.2實驗設(shè)備和方法25-31

2.3本章概述31-32

第三章外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接工藝研究32-41

3.1外部電場對鎢極氬弧焊的影響32-34[/溴/]3.2外電場對低功率釔鋁石榴石激光焊接的影響34-36

3.3外電場對低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊混合熱源焊接的影響36-40[/BR/]3.4本章概述40-41

第四章外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊混合熱源焊接等離子體信息研究41-61[/溴/]4.1焊接等離子體形態(tài)采集41-50

4.2復(fù)合熱源焊接等離子體光譜采集50-52[/溴/]4.3復(fù)合焊接等離子體電子溫度和電子密度52-59[/溴/]4.4本章總結(jié)59-61

第五章外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接機理研究61-67

5.1外加電場下鎢極氬弧焊機理分析61-62

5.2外電場作用下低功率釔鋁石榴石激光器焊接機理分析62-64[/溴/]5.3外加電場下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接機理分析64-66[/BR/]5.4本章概述66-67

結(jié)論

從焊縫表面形貌、熔深、焊接等離子體形貌和等離子體光譜等方面比較了鎢極氬弧焊、低功率YAG激光焊和有無外加電場復(fù)合焊的變化。在此基礎(chǔ)上，分析了外加電場對鎢極氬弧焊、低功率釔鋁石榴石激光焊接及其復(fù)合焊接的作用機理，以及激光-電弧復(fù)合焊接過程中電弧電場對復(fù)合熱源的作用，得出以下結(jié)論:

1.外加電場對DC鎢極氬弧焊的焊縫表面形貌、熔深和電弧等離子體沒有影響，即外加電場對DC鎢極氬弧焊沒有影響。

2.對于低功率釔鋁石榴石激光焊接，施加電場后焊接熔深增加，電場越大，增加越顯著。在相同的電場電壓下，激光功率越大，穿透力越大。激光誘導(dǎo)光誘導(dǎo)電離——休的亮度隨著電場強度的增大而增大，體積增大，剛度增大，這種變化趨勢更加明顯。然而，低功率釔鋁石榴石激光焊縫的表面形貌在應(yīng)用范圍內(nèi)沒有變化。

3.對于外加電場的低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接，焊縫表面形貌不變。只有在適當(dāng)?shù)膶嶒瀰?shù)下，焊接熔深才會增加，低功率釔鋁石榴石激光器在電場作用下電場越強，熔深增加越明顯。隨著熔深的增加，焊接等離子體亮度增加，硬塊變強。

4.外場作用下低功率釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接等離子體集鬼結(jié)果光譜的主譜線、譜線、線和線組成與所謂的郝迪釔鋁石榴石激光+鎢極氬弧焊復(fù)合熱源焊接沒有變化。實驗參數(shù)有利于增加外場作用下復(fù)合焊接的熔深，提高外場作用下的譜線強度。此時，等離子體的溫度降低，電子密度增加。

參考

[1]楊春利，林三寶。弧焊基礎(chǔ)[。哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20xx。

[2]PHY應(yīng)用巨脈沖公司生產(chǎn)的紫外線能量。[1963]

[3]麥曼:魯比的光學(xué)和微波光學(xué)實驗，物理雜志94，564(1960)

[4]準(zhǔn)備好:由巨脈沖激光蒸發(fā)的材料羽流的發(fā)展，應(yīng)用物理雜志列特。3，11(1963)

[5]陳嚴(yán)斌。現(xiàn)代激光焊接技術(shù)[。北京:科學(xué)出版社，20xx。

[6]鋼鐵，w.m.切割、焊接、鉆孔和表面處理的方法和設(shè)備。帕特。英國國際機場1547172號。CI。B23K26/00，9/00，06.06.79出版。

[7]斯汀·威·馬克材料增強激光加工[J]。應(yīng)用物理學(xué)雜志，1980，51:5636