殷钢厚板材料激光焊接技术实验研究

论文摘要

激光焊接中,因为激光的能量密度很高,能够形成深宽比较大的焊缝,并且焊缝热影响区小,焊缝美观等优点,在焊接领域得到了越来越广泛的应用。殷钢Invar36是一种在室温下典型的低膨胀合金,可以用来制造精密仪器、仪表等要求尺寸不随温度变化的零件,显像管的荫罩,液态气体容器,液化气输油管道以及航空工业用复合材料精密模具等,尤其是殷钢材料在光刻机中的广泛应用,使得对殷钢材料焊接技术的研究工作备受关注。激光焊接殷钢Invar36材料是一种新型的焊接方法,由于激光焊接所具有的高精度,低热影响区的优势,因此进行激光焊接殷钢Invar36的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文以Nd:YAG毫秒脉冲激光器为焊接热源,对殷钢Invar36激光深熔焊进行了理论分析和实验研究,并对焊接温度场进行了模拟分析。论文介绍了激光深熔焊的原理,简要分析了焊接过程中深熔焊特征小孔形成的机理,并对激光器的各项参数进行了分析和初步选择。采用单因素实验方法对2mm厚殷钢材料进行了焊接实验,研究了工艺参数(包括激光功率、脉冲宽度、焊接速度和离焦量)变化对殷钢Invar36激光焊接结果的影响,并结合激光深熔焊原理对实验结果进行了分析。采用金相显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机以及显微硬度计等分析测试手段检测了殷钢Invar36激光焊接对焊接头的显微组织、相组成、显微硬度和拉伸性能等,并对检测结果进行了分析和讨论。结合实验结果和检查数据,对焊接温度场利用通用有限元软件ANSYS的热分析模块进行了数值模拟。分析了焊接温度场的分布规律,并结合焊接实验对数值模拟结果进行验证。殷钢Invar36材料激光焊接技术的研究丰富了殷钢材料焊接方法,为殷钢材料在工业中的应用提供了理论和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 激光焊接技术
• 1.2 殷钢材料的特性和应用
• 1.2.1 殷钢材料的特性
• 1.2.2 殷钢材料的发展前景
• 1.3 殷钢焊接技术的进展
• 1.4 激光焊接数值模拟的进展
• 1.5 本课题的主要任务
• 2 激光深熔焊的原理
• 2.1 激光焊接模式
• 2.2 深熔焊小孔的形成
• 2.3 金属对激光的吸收
• 2.4 影响材料对激光吸收的因素
• 2.4.1 波长对吸收率的影响
• 2.4.2 温度对吸收率的影响
• 2.4.3 表面粗糙度对吸收率的影响
• 2.5 激光的热传导作用
• 2.6 本章小结
• 3 实验条件与方法
• 3.1 实验条件
• 3.1.1 激光加工设备和数控设备
• 3.1.2 实验材料
• 3.1.3 激光焊接工艺参数的选择
• 3.1.4 检测设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 试样预处理
• 3.2.2 试样焊接实验
• 3.2.3 焊接试样质量检测
• 3.3 本章小结
• 4 激光焊接实验和焊接质量的检测与分析
• 4.1 激光焊接实验设计
• 4.2 激光焊接实验
• 4.2.1 激光功率对殷钢材料焊缝的影响
• 4.2.2 激光脉宽对殷钢材料焊缝的影响
• 4.2.3 焊接速度对殷钢材料激光焊接的影响
• 4.2.4 离焦量对殷钢材料激光焊接的影响
• 4.3 激光焊接质量的检测与分析
• 4.3.1 X射线衍射检测
• 4.3.2 显微硬度检测
• 4.3.3 金相检测
• 4.3.4 拉伸实验检测
• 4.4 本章小结
• 5 激光焊接温度场数值模拟
• 5.1 热传导方程与热源模型
• 5.2 模型网格划分及边界条件的加载
• 5.2.1 材料属性
• 5.2.2 单元类型选择
• 5.2.3 网格划分
• 5.2.4 边界条件、初始条件
• 5.3 热源的加载计算及模拟结果分析
• 5.3.1 热源加载与计算
• 5.3.2 数值模拟结果分析
• 5.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢