鋁合金激光-TIG雙面焊接特性與能量作用機(jī)制研究.pdf

1、為解決鋁合金激光焊接存在的焊接過(guò)程穩(wěn)定性差、能量利用率低、焊接缺陷多等關(guān)鍵問(wèn)題，本文探索了一種新的鋁合金焊接工藝—“激光-電弧雙面焊”。一方面，通過(guò)電弧的加熱作用，提高激光匙孔的穩(wěn)定性，改善焊縫成形，減少焊接氣孔；另一方面，通過(guò)激光匙孔的加熱作用，提高電弧穩(wěn)定性，改變電弧焊接特性，在雙熱源耦合加熱作用下，提高激光和電弧的能量利用率、改善焊接質(zhì)量、降低焊接成本，實(shí)現(xiàn)鋁合金的穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)連接。
　　本文主要以4mm厚5A06鋁合金

2、為試驗(yàn)材料，采用CO2激光和TIG電弧進(jìn)行激光-TIG雙面焊試驗(yàn)。從激光-TIG雙面焊的焊接特性角度出發(fā)，對(duì)鋁合金激光-TIG雙面焊的工藝特性、焊縫成形、內(nèi)部缺陷等進(jìn)行研究，分析了典型激光與電弧能量匹配條件下，雙面焊接頭的組織及力學(xué)性能，提出了控制激光-TIG雙面焊接頭形狀的主要方法，給出了工藝優(yōu)化范圍。同時(shí)，針對(duì)單激光焊接存在的焊接適應(yīng)性差、裝配條件要求高等問(wèn)題，研究了激光-TIG雙面焊工藝在對(duì)接間隙、對(duì)中偏移以及不等厚板的焊接適應(yīng)性

3、，并探討了該工藝在厚板和薄板鋁合金上的應(yīng)用前景。
　　為掌握激光-TIG雙面焊過(guò)程中電弧與激光等離子體的物理特征及影響規(guī)律，借助于圖像采集、電信號(hào)傳感及圖像處理手段，研究激光匙孔加熱與等離子體穿透作用下的電弧形態(tài)及電弧電壓、電流特性，著重分析了激光深熔焊特殊的匙孔傳熱方式對(duì)激光-TIG雙面焊電弧特性的影響規(guī)律及作用機(jī)制，確定了激光匙孔加熱在電弧作用區(qū)產(chǎn)生的“局部高溫度梯度區(qū)”是導(dǎo)致電弧收縮、弧壓下降、穩(wěn)定性改善的內(nèi)在原因，揭示了激

4、光-TIG雙面焊接過(guò)程中電弧能量效應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制。同時(shí)，分析了電弧熱作用下光致等離子體特性發(fā)生轉(zhuǎn)變的規(guī)律及原因，為激光-TIG雙面焊過(guò)程熱傳輸機(jī)理研究提供試驗(yàn)依據(jù)。
　　基于激光匙孔形成的臨界能量密度與臨界溫度條件，建立匙孔穿透與匙孔未穿透兩種焊接模式下的激光-TIG雙面焊動(dòng)態(tài)熱源模型，采用有限元方法計(jì)算分析了激光-TIG雙面焊接過(guò)程中熱傳輸途徑與影響作用、焊接熔池與匙孔的建立過(guò)程，對(duì)激光-TIG雙面焊的熱傳輸原理進(jìn)行闡述。