激光填丝焊焊丝熔入行为研究(附件)【字数：16564】
Research on Welding Behavior of wire filler in laser wire filling Research on Welding Behavior of wire filler in laser wire filling激光填丝焊具有高精度、高效率、低变形、高质量的优点，但由于额外焊丝的加入，激光与焊丝的相互作用十分复杂，对焊丝熔入行为的研究具有重要意义。本实验利用高速摄影技术，在不同工艺参数下，对Q345E低碳钢进行了平板堆焊试验，研究激光功率、光丝间距、送丝速度、离焦量对焊缝形状几何参数以及熔滴过渡的影响，确定了优化的工艺参数，对SMA490BW耐候钢进行了平板对接试验，并进行了组织以及力学性能分析。研究发现随光丝间距的提高，熔滴过渡行为可分为铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡，其中液桥过渡最为稳定。工艺参数对焊缝形状的几何参数有很大的影响，激光功率增加，熔深、熔宽增加；送丝速度增加，熔深变浅，余高增加；光丝间距增大，熔深有变浅的趋势；正负离焦量绝对值相同时，焊缝形状几何参数大致相同。SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头组织焊缝区为珠光体加贝氏体，热影响区为贝氏体、铁素体和珠光体的混合物，母材为铁素体加珠光体。焊接接头力学性能良好，强度、塑性较高。关键字激光焊接；填充焊丝；熔滴过渡；焊接参数
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 激光填丝焊的国内外研究现状 3
1.2.1 激光填丝焊的国外研究现状 3
1.2.2 激光填丝焊的国内研究现状 5
1.3 本文的主要研究内容 6
第二章 试验材料、设备及方法 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验设备 8
2.2.1 高速摄影设备 8
2.2.2 焊接机器人 9
2.2.3 激光器 10
2.3 试验方案 11
2.3.1 显微组织分析 11
2.3.2 拉伸与弯曲性能测试 12
2.3.3 显微硬度测试 13
第三章 激光填丝焊的工艺试验以及理论分析 14
3.1 前言 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.2 激光功率的影响 15
3.2.1 激光功率对焊缝成形的影响 15
3.2.2 激光功率对熔滴过渡的影响 17
3.3 光丝间距的影响 19
3.3.1 光丝间距对焊缝成形的影响 19
3.3.2 光丝间距对熔滴过渡的影响 22
3.4 送丝速度的影响 23
3.4.1 送丝速度对焊缝成形的影响 23
3.4.2 送丝速度对熔滴过渡的影响 25
3.5 离焦量的影响 27
3.5.1 离焦量对焊缝成形的影响 27
3.5.2 离焦量对熔滴过渡的影响 29
3.6 本章小结 30
第四章 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头组织与力学性能分析 32
4.1 SMA490BW耐候钢激光填丝焊工艺试验 32
4.2 焊接接头组织分析 32
4.2.1 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头母材微观组织 33
4.2.2 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头焊缝微观组织 33
4.2.3 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头热影响区微观组织 34
4.3 焊接接头力学性能分析 35
4.3.1 焊接接头显微硬度分析 35
4.3.2 焊接接头拉伸与弯曲性能分析 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
由于激光焊的光束能量密度极高，所以激光焊具有高速率、高精度、低变形、高质量等优点，这是其他焊接技术所不具有的[1]。激光焊接技术是目前一种十分先进的焊接方法，焊接接头焊缝宽度更窄，焊缝成形良好，具有更窄的热影响区，以及更深的熔深，接头力学性能良好。激光焊与机器人结合使焊接过程更加可控，充分发挥了激光焊高精度的优点，可以实现复杂工件的焊接，大大提高焊接效率，改善焊工的工作环境。所以激光焊在进几十年的发展中得到具大的发展，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等领域，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
目前为止，激光在工业生产中的应用主要是激光自熔焊。激光自熔焊是指在在不添加任何焊接材料的前提下，通过高功率激光器的激光照射加热焊接母材，光能转化为热能使其表面熔化形成熔池，之后冷却形成焊缝的过程。根据激光焊焊接过程中是否形成小孔，激光焊接可分为热导焊和深熔焊两类[2]。热导焊是指当激光功率较低时，激光照射到工件上，使之加热融化，形成较浅熔池的焊接方法，因此热导焊焊缝往往偏浅；深熔焊是指激光功率较高时，工件表面被激光照射迅速气化形成金属蒸汽与等离子气体，金属蒸汽向外喷射，对熔池施加向下的反冲力，使熔池凹陷，形成一个细长的小孔的焊接方法，形成的焊缝往往偏深。
热导焊和深熔焊可相互转化[3],它们之间的转化有一个焊接热输入的临界阈值，低于该阈值时为热导焊，高于该阈值时为深熔焊。由于热输入是由焊接速度以及激光功率共同作用，因此通过对焊接速度以及激光功率的控制就可以来改变激光焊的形式。
激光焊有着众多优点的同时，也有着自身的局限性。激光焊的局限性主要表现在如下几个方面：
由于激光焊光束能量密度极高，光束直径非常小，因此激光焊对拼缝间隙有严格的要求。对激光自熔焊来说，其允许存在的最大间隙不得超过板厚的10%[4]。
激光自熔焊由于不添加任何的焊接材料，仅仅依靠母材的熔化形成熔池，因此其焊缝化学成分很难控制，无法对其进行有效的调节，因此对特殊材料而言，激光自熔焊的焊缝质量不高。如对于在汽车、航天航空制造领域有着广大用途的镁合金的激光焊就具有不少问题存在。由于镁合金的高导热率以及低的熔池表面张力，在焊接过程中经常出现下榻问题，且在大功率焊接过程中更加严重[5]。激光自熔焊的焊接功率高，造成熔池温度偏高，对于Mg、Zn、Li等易挥发的合金成分来说，极易在焊接过程中气化挥发掉，造成焊缝成分的缺失，影响焊接接头的力学性能。
在厚板的焊接方面，激光自熔焊主要是通过增大激光功率来增加熔深，所以由于激光功率的限制，激光自熔焊很难对厚板实施有效的焊接[6]。
针对激光自熔焊的焊接局限性以及缺点，为改善激光焊在工业生产中的应用，人们对激光自熔焊进行了不断创新，开发了激光填丝焊焊接技术。激光填丝焊焊接技术是指在激光自熔焊的基础上，通过焊丝的添加，对焊缝金属进行化学成分以及接头组织调节，从而抑制焊接缺陷的发生，改善接头力学性能的一种全新焊接方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 激光填丝焊的国内外研究现状 3
1.2.1 激光填丝焊的国外研究现状 3
1.2.2 激光填丝焊的国内研究现状 5
1.3 本文的主要研究内容 6
第二章 试验材料、设备及方法 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验设备 8
2.2.1 高速摄影设备 8
2.2.2 焊接机器人 9
2.2.3 激光器 10
2.3 试验方案 11
2.3.1 显微组织分析 11
2.3.2 拉伸与弯曲性能测试 12
2.3.3 显微硬度测试 13
第三章 激光填丝焊的工艺试验以及理论分析 14
3.1 前言 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.2 激光功率的影响 15
3.2.1 激光功率对焊缝成形的影响 15
3.2.2 激光功率对熔滴过渡的影响 17
3.3 光丝间距的影响 19
3.3.1 光丝间距对焊缝成形的影响 19
3.3.2 光丝间距对熔滴过渡的影响 22
3.4 送丝速度的影响 23
3.4.1 送丝速度对焊缝成形的影响 23
3.4.2 送丝速度对熔滴过渡的影响 25
3.5 离焦量的影响 27
3.5.1 离焦量对焊缝成形的影响 27
3.5.2 离焦量对熔滴过渡的影响 29
3.6 本章小结 30
第四章 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头组织与力学性能分析 32
4.1 SMA490BW耐候钢激光填丝焊工艺试验 32
4.2 焊接接头组织分析 32
4.2.1 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头母材微观组织 33
4.2.2 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头焊缝微观组织 33
4.2.3 SMA490BW耐候钢激光填丝焊焊接接头热影响区微观组织 34
4.3 焊接接头力学性能分析 35
4.3.1 焊接接头显微硬度分析 35
4.3.2 焊接接头拉伸与弯曲性能分析 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
由于激光焊的光束能量密度极高，所以激光焊具有高速率、高精度、低变形、高质量等优点，这是其他焊接技术所不具有的[1]。激光焊接技术是目前一种十分先进的焊接方法，焊接接头焊缝宽度更窄，焊缝成形良好，具有更窄的热影响区，以及更深的熔深，接头力学性能良好。激光焊与机器人结合使焊接过程更加可控，充分发挥了激光焊高精度的优点，可以实现复杂工件的焊接，大大提高焊接效率，改善焊工的工作环境。所以激光焊在进几十年的发展中得到具大的发展，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等领域，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
目前为止，激光在工业生产中的应用主要是激光自熔焊。激光自熔焊是指在在不添加任何焊接材料的前提下，通过高功率激光器的激光照射加热焊接母材，光能转化为热能使其表面熔化形成熔池，之后冷却形成焊缝的过程。根据激光焊焊接过程中是否形成小孔，激光焊接可分为热导焊和深熔焊两类[2]。热导焊是指当激光功率较低时，激光照射到工件上，使之加热融化，形成较浅熔池的焊接方法，因此热导焊焊缝往往偏浅；深熔焊是指激光功率较高时，工件表面被激光照射迅速气化形成金属蒸汽与等离子气体，金属蒸汽向外喷射，对熔池施加向下的反冲力，使熔池凹陷，形成一个细长的小孔的焊接方法，形成的焊缝往往偏深。
热导焊和深熔焊可相互转化[3],它们之间的转化有一个焊接热输入的临界阈值，低于该阈值时为热导焊，高于该阈值时为深熔焊。由于热输入是由焊接速度以及激光功率共同作用，因此通过对焊接速度以及激光功率的控制就可以来改变激光焊的形式。
激光焊有着众多优点的同时，也有着自身的局限性。激光焊的局限性主要表现在如下几个方面：
由于激光焊光束能量密度极高，光束直径非常小，因此激光焊对拼缝间隙有严格的要求。对激光自熔焊来说，其允许存在的最大间隙不得超过板厚的10%[4]。
激光自熔焊由于不添加任何的焊接材料，仅仅依靠母材的熔化形成熔池，因此其焊缝化学成分很难控制，无法对其进行有效的调节，因此对特殊材料而言，激光自熔焊的焊缝质量不高。如对于在汽车、航天航空制造领域有着广大用途的镁合金的激光焊就具有不少问题存在。由于镁合金的高导热率以及低的熔池表面张力，在焊接过程中经常出现下榻问题，且在大功率焊接过程中更加严重[5]。激光自熔焊的焊接功率高，造成熔池温度偏高，对于Mg、Zn、Li等易挥发的合金成分来说，极易在焊接过程中气化挥发掉，造成焊缝成分的缺失，影响焊接接头的力学性能。
在厚板的焊接方面，激光自熔焊主要是通过增大激光功率来增加熔深，所以由于激光功率的限制，激光自熔焊很难对厚板实施有效的焊接[6]。
针对激光自熔焊的焊接局限性以及缺点，为改善激光焊在工业生产中的应用，人们对激光自熔焊进行了不断创新，开发了激光填丝焊焊接技术。激光填丝焊焊接技术是指在激光自熔焊的基础上，通过焊丝的添加，对焊缝金属进行化学成分以及接头组织调节，从而抑制焊接缺陷的发生，改善接头力学性能的一种全新焊接方法。
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