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，光纖激光焊接時功率密度可達到106-108W/cm2，與傳統(tǒng)的厚板焊接技術相比，光纖激光焊接具有高速，極小焊后變形等優(yōu)點，但是高功率光纖激光焊接厚板過程比較復雜，焊接時產生的小孔極不穩(wěn)定，易產生飛濺、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，焊縫表面成型質量一致性較

2、差，在實現(xiàn)穿透焊接時容易出現(xiàn)表面塌陷的問題，研究了焊接時孔外等離子體對光纖激光焊接過程的影響，分析了小孔的動態(tài)變化及試件內部熔池的流動狀況，對表面塌陷產生的機理和控制方法進行了試驗研究。
　　(1)分析了高功率激光焊接厚板技術的現(xiàn)狀及難點，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拍攝的萬瓦光纖激光焊接實驗平臺。
　　(2)借助高速相機拍攝光致

3、等離子體變化過程，直觀了解到等離子體波動時間相當短，從產生到消失時間周期大約在550μs左右，其中在產生之后200μs左右時體積增加到最大，且此時亮度最亮。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算了等離子體的溫度、密度、壓力等參數(shù)，計算結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拍攝了試件內部熔池以及熔融金屬在試件背

4、部的流動狀況。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狀況與表面塌陷的關系，同時研究了塌陷產生的原因。結果表明: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，塌陷最深點出現(xiàn)的位置不同，焊接速度越小，表面塌陷越嚴重。上表面飛濺及底部駝峰的形成，都導致了上部熔池冷卻時熔融金屬不足，最終形成表面塌陷。
　　(4)在確定焊接功率及正面保