高功率光纖激光深熔焊接厚板的塌陷成因及其控制研究.pdf

1、目前，隨著商用高功率激光器不斷向前發(fā)展，光纖激光焊接時(shí)功率密度可達(dá)到106-108W/cm2，與傳統(tǒng)的厚板焊接技術(shù)相比，光纖激光焊接具有高速，極小焊后變形等優(yōu)點(diǎn)，但是高功率光纖激光焊接厚板過程比較復(fù)雜，焊接時(shí)產(chǎn)生的小孔極不穩(wěn)定，易產(chǎn)生飛濺、表面塌陷、底部駝峰等焊接缺陷，不僅影響焊縫美觀，而且影響了焊縫力學(xué)性能。
　　在基于上述背景的情況下，本文針對12mm厚的SUS304不銹鋼板的高功率光纖激光焊接過程中，焊縫表面成型質(zhì)量一致性較

2、差，在實(shí)現(xiàn)穿透焊接時(shí)容易出現(xiàn)表面塌陷的問題，研究了焊接時(shí)孔外等離子體對光纖激光焊接過程的影響，分析了小孔的動(dòng)態(tài)變化及試件內(nèi)部熔池的流動(dòng)狀況，對表面塌陷產(chǎn)生的機(jī)理和控制方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
　　(1)分析了高功率激光焊接厚板技術(shù)的現(xiàn)狀及難點(diǎn)，闡述了高功率激光焊接厚板、激光深熔焊接小孔和熔池的觀測以及高功率激光深熔焊接表面塌陷的研究現(xiàn)狀，搭建了基于光譜分析和高速相機(jī)拍攝的萬瓦光纖激光焊接實(shí)驗(yàn)平臺。
　　(2)借助高速相機(jī)拍攝光致

3、等離子體變化過程，直觀了解到等離子體波動(dòng)時(shí)間相當(dāng)短，從產(chǎn)生到消失時(shí)間周期大約在550μs左右，其中在產(chǎn)生之后200μs左右時(shí)體積增加到最大，且此時(shí)亮度最亮。利用多通道光譜儀采集等離子體光譜信號，選用了六條FeⅠ原子譜線作為特征譜線計(jì)算了等離子體的溫度、密度、壓力等參數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明孔外等離子體對萬瓦光纖激光的作用較小，孔外等離子體壓力變化范圍不大。
　　(3)基于“三明治”焊接方法利用高速相機(jī)拍攝了試件內(nèi)部熔池以及熔融金屬在試件背

4、部的流動(dòng)狀況。討論了材料本身的氣化、焊接位置和焊接速度對表面塌陷的影響，以及熔融金屬在試件上下表面的流動(dòng)狀況與表面塌陷的關(guān)系，同時(shí)研究了塌陷產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明:激光焊接過程中，材料的氣化損失較小，由水平焊接位置到豎直焊接位置的過程中，表面塌陷平均深度逐步減小，塌陷最深點(diǎn)出現(xiàn)的位置不同，焊接速度越小，表面塌陷越嚴(yán)重。上表面飛濺及底部駝峰的形成，都導(dǎo)致了上部熔池冷卻時(shí)熔融金屬不足，最終形成表面塌陷。
　　(4)在確定焊接功率及正面保