CO2激光-MIG复合焊接碳钢的熔滴过渡特性研究

论文摘要

本文在综合分析国内外对激光-GMAW复合热源焊接技术研究状态的基础上,以低碳钢为试验材料,进行了CO2激光-MIG电弧复合热源焊接试验,系统的研究了CO2激光-MIG电弧复合热源焊接过程中的熔滴过渡特性及其受力机制,并在此基础上分析了各种焊接参数对熔滴过渡行为、电弧稳定性和焊缝成形的影响规律,为有效的利用激光-MIG电弧复合热源焊接碳钢奠定了试验和理论基础。本文采用高速摄像和电弧电流分析仪对复合热源焊接碳钢过程中的熔滴过渡行为与电弧电流、电压进行了实时监测。发现激光的引入增强了传统MIG焊接电弧的稳定性,使熔滴过渡过程稳定,但过渡频率稍微变慢。在此基础上,根据传统MIG焊接熔滴过渡力学理论以及试验观测到的复合焊接电弧形态,建立了复合焊接熔滴受力模型。受激光致等离子体作用,电弧形态发生变化,产生一个新的电磁收缩力,是导致熔滴过渡行为发生改变的主要原因。焊接工艺对复合焊接熔滴过渡特性的影响规律表明,激光功率越高,熔滴过渡平均周期越长,受激光致等离子的作用,熔滴向着背离激光束的方向生长,电弧电流、电压波形波动幅度降低,稳定性增强,使得过渡过程得到稳定。保护气体流量增加,过渡平均周期下降,而且复合焊接的平均周期比MIG焊接下降的快。保护气体中添加氦气后,过渡平均周期迅速下降,添加30%的氦气,平均周期比纯氩气保护时下降一半。混合气体保护时,复合焊接焊缝熔深显著增加,添加10%的氦气,熔深是纯氩气保护时的5倍以上。焊接方向发生变化时,对复合焊接熔深影响不大,但激光在后,焊缝变窄,余高增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光-电弧复合热源焊接技术的基本原理
• 1.3 激光-GMAW 电弧复合热源焊技术的研究现状
• 1.3.1 激光-GMAW 电弧复合热源焊接的试验研究
• 1.3.2 激光-GMAW 电弧复合热源焊接的机理研究
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 试验材料、设备与方法
• 2.1 试验材料
• 2 激光-MIG 复合热源焊接系统'>2.2 CO₂ 激光-MIG 复合热源焊接系统
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 试验方法
• 2激光-MIG 复合热源焊接熔滴过渡特性及其受力分析'>第3章 CO₂激光-MIG 复合热源焊接熔滴过渡特性及其受力分析
• 2 激光-MIG 复合热源焊接的熔滴过渡特性'>3.1 CO₂ 激光-MIG 复合热源焊接的熔滴过渡特性
• 3.2 熔滴受力分析
• 3.2.1 MIG 焊接熔滴受力分析
• 3.2.2 激光-MIG 复合热源焊接熔滴受力分析
• 3.3 本章小结
• 2激光-MIG 复合焊接熔滴过渡行为分析'>第4章 CO₂激光-MIG 复合焊接熔滴过渡行为分析
• 4.1 引入激光对熔滴过渡特性的影响
• 4.1.1 激光功率对熔滴特性的影响
• 4.1.2 激光束与电弧相对位置的影响
• 4.1.3 激光光斑离焦量的影响
• 4.2 保护气体对熔滴特性的影响
• 4.2.1 保护气体流量的影响
• 4.2.2 保护气体成分的影响
• 4.3 焊接方向的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢