硕士毕业论文外加电场下低功率钇铝石榴石激光焊接机理分析

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　　论文类型：硕士毕业论文论文字数：60000字论点：激光,电弧,复合论文概述：

　　本文从焊缝表面形貌、熔深、焊接等离子体形态、等离子体光谱等度入手对比了有无外加电场下，TIG焊接、低功率YAG激光悍接及其复合焊接的变化，并在此基础上分析了外加电场对TIG焊接

　　论文正文：

　　第一章是介绍

　　1.1激光+电弧混合热源焊接技术

　　1.1.1激光+电弧混合热源端口连接技术1801年提出

　　杜威发现了电弧放电现象，这是现代对接技术的起点。1920年，英国全尺寸船下水使用。电弧焊(Arc welding)是一种利用高温电弧将焊接金属熔化并熔合成焊接接头的焊接方法。它的本质是气体放电。这种低能量密度的电弧焊技术已经发展成为一种成熟的金属连接技术，并广泛应用于工业生产[1】。今天，弧焊技术仍活跃在工业生产阶段，因为它具有以下优点:生产成本低(能量利用率可达到输入功率的60%以上)、工装要求低、桥接能力强(焊接工件的平面度和间隙要求不严格)、烘烤件厚度大。然而，随着现代工业的发展，电弧保护的焊接速度慢、熔化深度低、深宽比小、热影响区大等缺点限制了其在工业生产中的广泛应用。激光是一种高能量密度的高能光束，在打标、钻孔、雕刻、微加工、材料切割、焊接等领域受到广泛关注。因为它进入了工业生产领域。西奥多·梅曼(Theodore Maiman)在1960年发明了第一台激光[2]，对激光与材料相互作用以及激光在材料加工领域的应用的研究始于1963年。激光焊接，即激光束照射材料，使其表面在高温下熔化成液态，然后冷却固化的封闭方法。激光作为一种高能光束，具有深宽比大、焊接接头残余应力低、焊接速度快的优点。经过几十年的发展，激光已经成为21世纪的先进焊接技术。然而，激光焊接技术存在焊接成本高、光束能量利用率低、不适合焊接较厚的板材等缺点，极大地限制了其广泛应用。

　　针对电弧焊和激光焊接的优缺点，一种新的复合焊接技术——激光+电弧复合热源焊接技术应运而生。激光+电弧复合热源焊接技术的发展经历了三个阶段。第一阶段是激光+电弧复合热源焊接技术的发明阶段，由英国学者SteenW提出。我在20世纪70年代末。Steen W.M .研究了激光与电弧相互作用的基本特性。激光+电弧复合热源技术的第二阶段始于20世纪80年代中期。结果表明，激光会影响电弧柱行为，提高电弧热烫效果，从而促进电弧热烫技术的发展。激光+电弧复合热源技术的第三阶段始于1990年。在这一阶段，连续CO2激光焊接已经在工业中得到很好的应用。激光是主要热源，电弧是次要热源。该技术结合了两种焊接技术的优点，使两种焊接技术相辅相成，形成了一种全新的高效早期焊接技术，优于以往已知的技术。激光电弧复合热源焊接技术的机理是两种不同的能量传递机理和物理性能:焊接热源作用在工件的同一位置，从而提高焊接质量。

　　1.1.2激光+电弧复合热源焊接技术分类

　　激光与电弧的相对位置。复合热源焊接技术可分为近轴和同轴组合。随着电弧焊的发展，根据电弧的不同类型，激光与电弧的复合方法主要有:激光+钨极氩弧焊(laser +TIG)、激光+MIG/MAG、激光+等离子弧、激光+双弧复合、激光+埋弧焊复合等。根据激光器的类型，可分为CO2激光器+电弧复合热源焊接、YAG激光器+电弧复合热源选择性焊接和高功率光纤激光器+电弧复合热源焊接。

　　(1)激光+钨极氩弧焊复合焊接激光+电弧复合热源焊接首次从CO2激光和钨极氩弧焊[4]的近轴组合进行研究，这是在1979年由STEEN，W.M提出的。在激光+TIGfi复合热源的焊接过程中，激光功率、TIG电流、钨极高度、激光与TIG电弧的夹角、灯丝间距(Dla)、激光散焦量、保护气体流量、焊接速度等焊接参数是影响激光+T1G电弧复合焊接效果的重要因素。由于激光与钨极氩弧焊的相互作用，实现了1+1>2的焊接效果，使得激光+钨极氩弧焊复合热源焊接具有独特的优势。结果表明，复合焊接的熔化效率提高可达83.6%，焊接熔深可达TIG焊接熔深的3倍以上，激光焊接速度可达TIG焊接速度的10倍以上，激光焊接速度可达TIG焊接速度的'2倍以上。在激光+钨极氩弧焊复合焊接中，由于激光对钨极氩弧焊的吸引力、收缩性和稳定性，仍能实现高速良好的焊接。接缝外观美观，气孔、底切等早期接缝缺陷大大减少。此外，与钨极氩弧焊相比，复合热源显著提高了接头的机械性能，使其相当于母材。激光+钨极氩弧焊近轴复合焊接是一种非对称热源复合焊接。激光首先穿过电弧，然后作用在基底金属上。因此，电弧将屏蔽激光。同时，当大体积钨极氩弧焊炬与激光结合时，对电极高度等实验参数的精度要求很高。由于钨电极是非熔化电极，上述缺点可以通过激光+钨极氩弧焊电弧-轴连接来改善。同轴化合物在连接过程中是稳定的，因为它没有连接)。连接速度也大大提高，有利于气体溢出和接头气孔的减少。

　　(2)激光+MIG/MAG电弧混合焊接1985年，NagataS等人[27]在激光+MIG/MAG电弧傍轴混合热源焊接技术的研究中处于领先地位。这种复合焊接方法利用填丝焊接的优点，增强了复合焊接的适应性。米格/军法署署长；早期细丝的熔化增加了熔池中熔融金属的量，并且正在增加。当二次接头穿透较深，提高了热烫接头的桥接性能时，对对接工装精度的要求，如间隙、错边、接头工装适中等也降低了。激光+MIG/MAG电弧复合焊接技术还改善了焊缝的冶金性能和显微组织，减少了烘烤焊缝的咬边和凹陷等成形缺陷。与激光+钨极氩弧焊相比，激光+MIG复合热源板厚更大，焊接适应性更强。与单激光器相比，激光+MIG/MAG电弧复合焊接中电弧能量的冷却状态受力方便控制，有利于熔池中气体的溢出、气孔的消除和裂纹的减少。与单独M1G/MAG电弧焊相比，激光+MIG/MAG电弧焊中的激光可以提高电弧焊的稳定性，提高电弧焊的效率。此外，在合适的参数下，可以实现熔滴转移方式的改变，使焊接过程更加稳定，减少单独进行MIG/MAG电弧焊接时的飞溅。正是由于激光+MIG/MAG lU电弧复合焊接的独特优势，复合焊接技术成为目前最受关注的研究方向之一。

　　1.2电磁焊接技术...................18-21

　　1.3焊接过程中的等离子体观察和采集...................21-23

　　1.4本文的主要内容是...................23-25

　　第二章实验材料、设备和方法...................25-32

　　2.1实验材料...................25

　　2.2实验设备和方法...................25-31

　　2.3本章概述...................31-32

　　第三章外加电场下低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊复合热源焊接工艺研究.........32-41

　　3.1外部电场对钨极氩弧焊的影响...................32-34[/溴/] 3.2外电场对低功率钇铝石榴石激光焊接的影响...................34-36

　　3.3外电场对低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊混合热源焊接的影响.........36-40 [/BR/] 3.4本章概述...................40-41

　　第四章外加电场下低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊混合热源焊接等离子体信息研究.......41-61[/溴/] 4.1焊接等离子体形态采集...................41-50

　　4.2复合热源焊接等离子体光谱采集...................50-52[/溴/] 4.3复合焊接等离子体电子温度和电子密度52-59[/溴/] 4.4本章总结...................59-61

　　第五章外加电场下低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊复合热源焊接机理研究........61-67

　　5.1外加电场下钨极氩弧焊机理分析...................61-62

　　5.2外电场作用下低功率钇铝石榴石激光器焊接机理分析...................62-64[/溴/] 5.3外加电场下低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊复合热源焊接机理分析........64-66 [/BR/] 5.4本章概述...................66-67

　　结论

　　从焊缝表面形貌、熔深、焊接等离子体形貌和等离子体光谱等方面比较了钨极氩弧焊、低功率YAG激光焊和有无外加电场复合焊的变化。在此基础上，分析了外加电场对钨极氩弧焊、低功率钇铝石榴石激光焊接及其复合焊接的作用机理，以及激光-电弧复合焊接过程中电弧电场对复合热源的作用，得出以下结论:

　　1.外加电场对DC钨极氩弧焊的焊缝表面形貌、熔深和电弧等离子体没有影响，即外加电场对DC钨极氩弧焊没有影响。

　　2.对于低功率钇铝石榴石激光焊接，施加电场后焊接熔深增加，电场越大，增加越显著。在相同的电场电压下，激光功率越大，穿透力越大。激光诱导光诱导电离——休的亮度随着电场强度的增大而增大，体积增大，刚度增大，这种变化趋势更加明显。然而，低功率钇铝石榴石激光焊缝的表面形貌在应用范围内没有变化。

　　3.对于外加电场的低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊复合热源焊接，焊缝表面形貌不变。只有在适当的实验参数下，焊接熔深才会增加，低功率钇铝石榴石激光器在电场作用下电场越强，熔深增加越明显。随着熔深的增加，焊接等离子体亮度增加，硬块变强。

　　4.外场作用下低功率钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊复合热源焊接等离子体集鬼结果光谱的主谱线、谱线、线和线组成与所谓的郝迪钇铝石榴石激光+钨极氩弧焊复合热源焊接没有变化。实验参数有利于增加外场作用下复合焊接的熔深，提高外场作用下的谱线强度。此时，等离子体的温度降低，电子密度增加。

　　参考

　　[1]杨春利，林三宝。弧焊基础[。哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，20xx。

　　[2]PHY应用巨脉冲公司生产的紫外线能量。[1963]

　　[3]麦曼:鲁比的光学和微波光学实验，物理杂志94，564(1960)

　　[4]准备好:由巨脉冲激光蒸发的材料羽流的发展，应用物理杂志列特。3，11 (1963)

　　[5]陈严斌。现代激光焊接技术[。北京:科学出版社，20xx。

　　[6]钢铁，w.m .切割、焊接、钻孔和表面处理的方法和设备。帕特。英国国际机场1547172号。CI。B23K26/00，9/00，06.06.79出版。

　　[7]斯汀·威·马克材料增强激光加工[J]。应用物理学杂志，1980，51:5636-5641。

　　[8]埃布，m .，斯汀，W. M .，克拉克，J. (1978)电弧增强激光焊接，In:焊接工艺的进展，第四届国际会议录。糖膏剂，英格兰，哈罗盖特，第1卷，第257-265页。

　　[9]斯汀·威明，埃布·米.电弧增强激光焊接[]。《金属结构》，1979，11 (6):332-335。

　　[10]斯蒂尔恩·威姆.电弧增强激光加工材料[J]。应用物理学杂志，1980，51 (11):5636-5641。