激光全熔透焊接304不銹鋼的熔池及溫度場特征研究.pdf

1、激光焊接技術(shù)作為一門新的材料加工技術(shù)，與傳統(tǒng)的焊接方法相比具有能量密度高、焊接速度快、焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄及焊件變形小等優(yōu)點(diǎn)。近些年，由于大功率激光器的快速發(fā)展，使激光焊接成為現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中重要的加工手段，并具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。激光焊接過程中的熔池特征量及溫度場與焊接工藝參數(shù)以及焊縫的質(zhì)量之間有內(nèi)在的聯(lián)系。因而本文采用試驗(yàn)與計(jì)算相結(jié)合的方法研究了不同激光焊接條件下熔池的特征量及溫度場的變化，這不僅增加了對熔池與焊接參數(shù)及焊接結(jié)果

2、之間的關(guān)系的理解，而且還達(dá)到了用比較簡單而適用的辦法獲得能在實(shí)際焊接中預(yù)測激光焊接熔池及溫度場的模型。
　　 根據(jù)目前激光深熔焊接熔池及溫度場的主要數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，結(jié)合本文的研究目標(biāo)，選取了Rosenthal移動(dòng)線熱源作為本文的熱源模型，同時(shí)，對Rosenthal移動(dòng)線熱源模型直接用于激光全熔透焊接中的局限性進(jìn)行分析，并以移動(dòng)線熱源的解析解為基礎(chǔ)，采用引入等效參量辦法使激光全熔透焊接熔池溫度場和特征量的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果更加接近

3、，并用之來作為激光全熔透焊接熔池及溫度場的預(yù)測模型。
　　 首先通過試驗(yàn)，針對不同的焊接條件對304不銹鋼的CO2激光焊接過程及結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明焊接線能量與焊縫成形及其組織關(guān)系密切。同時(shí)利用高速攝像所獲得的熔池正、背面特征量的測量結(jié)果分別對基于Rosenthal移動(dòng)線熱源模型正、背面的等效系數(shù)進(jìn)行了確定，在此基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的熔池及溫度場預(yù)測模型。結(jié)果表明，線能量在一定的范圍時(shí)，預(yù)測結(jié)果與實(shí)測結(jié)果得到很好的吻合，但線能量

4、過大或過小時(shí)，等效系數(shù)要進(jìn)行相應(yīng)的修正。這主要是由于熔透焊接中不同的熔透狀態(tài)下，小孔特征的變化導(dǎo)致焊件吸收的能量發(fā)生變化而引起的。利用上述的熔池及溫度場預(yù)測模型對相應(yīng)線能量下的焊縫中心點(diǎn)的熱循環(huán)進(jìn)行了計(jì)算，其結(jié)果表明：線能量越大，該點(diǎn)在熔點(diǎn)處的冷卻速度越小，在800℃～500℃(t8/5)的冷卻時(shí)間也越長，這也很好解釋了為什么線能量越大時(shí)，焊縫組織晶粒會(huì)變得粗大。
　　 進(jìn)一步研究激光功率和焊接速度、板厚、保護(hù)氣對熔焊接池溫度場

5、的影響，以及對熔池及溫度場預(yù)測模型在不同焊接條件下的適用效果進(jìn)行了討論，并分析了相應(yīng)焊接條件下模型中等效參量的變化規(guī)律，然后利用相應(yīng)焊接條件下的預(yù)測模型對焊縫中心點(diǎn)的熱循環(huán)進(jìn)行了計(jì)算。
　　 同時(shí)針對YAG激光全熔透焊接304不銹鑰，獲得了不同線能量下的熔池及溫度場預(yù)測模型，利用相應(yīng)線能量下的預(yù)測模型對焊縫中心點(diǎn)的熱循環(huán)進(jìn)行計(jì)算，并對線能量與熔池及溫度場特征、焊縫中心點(diǎn)的熱循環(huán)以及最終的焊縫成形及焊縫組織之間的關(guān)系進(jìn)行分析，可以