双金属激光焊接机技术研究

论文摘要

激光焊接技术作为一种新型焊接方法比传统焊接方法具有能量密度高、热输入量低、热影响区窄、深宽比大等优点。随着千瓦级连续CO2激光器、千瓦级Nd:YAG激光器的问世,激光焊接技术被广泛的应用于航天、船舶制造、汽车制造、塑料加工等各个领域。本文利用500W脉冲Nd:YAG固体激光器对高速钢和弹簧钢进行焊接性研究。研究双金属激光热传导焊工艺性能,探索了Nd:YAG脉冲激光焊接双金属的一般原则;研制了激光焊接双金属的冶金机械传动设备;研究了YAG激光焊对接接头的物相、显微组织、力学性能;分析了激光焊接存在的主要缺陷及产生机理,并提出了相关的预防措施和改善方法。通过试验研究,观察对高速钢与弹簧钢激光焊接具有影响的工艺参数的作用,并且在随后通过改变不同的工艺参数,研究其对焊接接头的熔深熔宽,热影响区等的影响,在300W到500W之间,随着激光功率的增加,焊缝熔深熔宽、热影响区宽度均呈增加趋势。在固定激光功率的情况下,变换焊接速度,随着焊接速度的增加,熔宽减小,变换离焦量发现在离焦量为-2mm时熔宽最大。气体流量过小会导致焊缝熔透性的下降,因为不可把屏蔽激光的等离子气体都吹走。在熔透的前提下,在0.1mm到0.5mm间变换对接焊间隙,熔宽和熔深并无显著改变。功率密度的提高,对焊缝面积,热影响区面积等的影响基本是从一个平台以正比例方式上升到另一个平台。这些理论和试验分析结果为双金属激光焊接机的设计、制造、使用提供了可靠的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题的研究背景
• 1-1-1 激光焊接技术的发展
• 1-1-2 激光焊接应用现状
• 1-1-3 激光焊接技术的优势
• §1-2 双金属焊接材料概述
• 1-2-1 高速钢
• 1-2-2 弹簧钢
• §1-3 传统焊接技术概述
• 1-3-1 熔焊
• 1-3-2 固态焊接
• 1-2-3 钎焊
• §1-4 激光焊接技术概述
• 1-4-1 激光深熔焊
• 1-4-2 激光热传导焊
• §1-5 本文需要解决的问题及主要研究内容
• §1-6 本章小结
• 第二章 激光焊接工艺与参数研究
• §2-1 参数的选择
• 2-1-1 功率密度
• 2-1-2 脉冲波形
• 2-1-3 脉冲宽度
• 2-1-4 离焦量
• §2-2 焊接工艺研究
• 2-2-1 片与片的焊接
• 2-2-2 丝与丝的焊接
• 2-2-3 丝与块状元件的焊接
• §2-3 异种金属的焊接研究
• §2-4 本章小结
• 第三章 双金属激光焊接系统结构的研究
• §3-1 激光的原理及特性
• 3-1-1 光的物理概念
• 3-1-2 激光的产生原理
• 3-1-3 激光的基本特性
• §3-2 用于激光焊接的激光器内部构成
• 3-2-1 激光焊接用脉冲氙灯
• 3-2-2 激光焊接用Nd3+：YAG 棒
• 3-2-3 激光焊接系统的激光谐振腔
• §3-3 用于激光焊接的硬件控制部分构成
• 3-3-1 激光焊接系统脉冲氙灯电源
• 3-3-2 激光焊接系统用水循环冷却系统
• 3-3-3 激光焊接保护装置
• 3-3-5 激光焊接机的整体结构
• §3-4 本章小结
• 第四章 双金属激光焊接机械结构的研制
• §4-1 机械结构的主要功能实现
• §4-2 机械结构的设计
• §4-3 工艺流程
• §4-4 本章小结
• 第五章 焊接过程及焊接结果研究
• §5-1 可焊性分析
• §5-2 各参数对焊接的影响研究
• 5-2-1 功率密度对焊接的影响
• 5-2-2 焊接速度对焊缝成形的影响
• 5-2-3 离焦量对焊缝成形的影响
• 5-2-4 保护气体对焊缝成形的影响
• §5-3 焊接过程中遇到的问题
• 5-3-1 冷裂纹问题
• 5-3-2 过热区脆化问题
• 5-3-3 热影响区的软化问题
• §5-4 微观组织及力学性能研究
• 5-4-1 焊接产品
• 5-4-2 焊接接头的微观组织研究
• 5-4-3 双金属带的抗拉强度及硬度的研究
• §5-5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• §6-1 主要结论
• §6-2 展望
• 参考文献
• 致谢