薄钢板激光搭接焊熔深试验研究

论文摘要

在不锈钢铁道客车车体、电梯、集装箱及钢制家具橱柜等产品中,产品表面不需要涂装,采用传统电阻点焊容易影响表面质量,且密闭性差,而非熔透激光焊接单面成型就能弥补点焊的这些缺点,可以得到良好的密封性、一定强度和较高的表面质量。同时,在车辆、船舶、航空航天等领域的集成焊接中,有大量的焊接部分是三层甚至是更多层薄板的层叠搭接焊。在传统的多层板点焊方式中,由于点焊的不连续性和其自身容易变形的特点,尤其是在焊接三层板连接时,焊接变形较大,易产生缝隙,并造成焊点周围的母材热影响区强度下降,而采用连续激光焊接可以很好的避免这些问题的产生。如何在薄钢板非熔透的前提下实现良好的焊接质量;如何保证三层板激光焊接的焊接质量,成为了目前需要解决的首要问题。本文主要针对这两个重要问题,进行了如下研究:首先,利用SYSWELD仿真软件对非熔透激光焊接SUS304不锈钢薄钢板进行模拟仿真,建立了激光焊接的热源模型,用建立的激光焊接热源模型,模拟分析了激光功率、焊接速度对熔池温度场及熔池深度的影响,并进行了应力场分析。其次,针对非熔透激光焊接薄钢板进行试验研究,分别进行了连续激光焊接试验和脉冲激光焊接试验,分析激光功率、焊接速度、离焦量、脉冲频率、占空比等焊接参数对焊接质量的影响,然后进行焊接接头的焊后检测分析,对比分析了连续激光焊接和脉冲激光焊接在非熔透焊接质量上的优劣势。最后,针对三层板激光焊接进行了零间隙正交试验及变间隙试验。通过焊缝表面成形质量分析,焊缝截面形貌分析,力学性能及金相组织分析,得出了焊接工艺参数及上下间隙对三层板的焊接质量影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 激光焊接技术概述
• 1.2.1 两种模式的激光焊接
• 1.2.2 激光焊接的特点
• 1.3 基于SYSWELD 的仿真应用现状
• 1.4 非熔透激光焊接薄钢板的研究现状
• 1.5 三层板激光搭接焊及镀锌板激光焊接的研究现状
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 SYSWELD 非熔透激光搭接焊薄钢板仿真研究
• 2.1 SYSWELD 激光焊接仿真方法概述
• 2.1.1 SYSWELD 简介
• 2.2 激光焊接有限元分析模型
• 2.2.1 有限元模型的建立
• 2.2.2 网格的划分
• 2.2.3 组的创建
• 2.3 激光焊接热源模型的分析
• 2.4 热源校核
• 2.5 计算结果及分析
• 2.5.1 温度场分析
• 2.5.1.1 激光功率对温度场的影响
• 2.5.1.2 焊接速度对温度场的影响
• 2.5.2 应力场分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 试验条件及试验方案
• 3.1 非熔透激光焊接薄钢板试验方法及工艺
• 3.1.1 非熔透激光焊接薄钢板的试验设备及方案
• 3.1.1.1 非熔透连续激光焊接试验设备
• 3.1.1.2 非熔透脉冲激光焊接试验设备
• 3.1.1.3 非熔透激光焊接薄钢板的实验材料及步骤
• 3.1.2 非熔透激光焊接薄钢板的试验参数
• 3.2 三层板激光焊接试验方法及工艺
• 3.2.1 三层板激光焊接的试验材料及方案
• 3.2.2 三层板激光焊接的试验参数
• 3.3 本章小结
• 第4章 试验结果及分析
• 4.1 非熔透连续激光焊接薄钢板的试验结果及分析
• 4.1.1 连续激光焊接工艺参数的影响
• 4.1.1.1 激光功率的影响
• 4.1.1.2 其他工艺参数的影响
• 4.1.2 非熔透连续激光焊接接头力学性能的检测
• 4.1.2.1 焊接接头拉伸性能
• 4.1.2.2 焊接接头显微硬度
• 4.1.2.3 焊缝金相组织特点及分析
• 4.2 非熔透脉冲激光焊接试验结果及分析
• 4.2.1 脉冲激光焊接工艺参数的影响
• 4.2.1.1 脉冲频率的影响
• 4.2.1.2 占空比的影响
• 4.2.2 非熔透脉冲激光焊接接头力学性能的检测
• 4.2.2.1 焊接接头拉伸性能
• 4.2.2.2 焊缝金相组织特点及分析
• 4.3 三层板激光焊接的试验结果及分析
• 4.3.1 焊接参数对三层板焊接质量的影响
• 4.3.2 上下间隙对焊接接头焊缝横截面形状的影响
• 4.3.3 上下间隙对焊接接头焊缝表面形貌的影响
• 4.3.4 三层板焊接接头力学性能的检测
• 4.3.4.1 焊接接头拉剪性能
• 4.3.4.2 焊缝金相组织特点及分析
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文及专利目录