文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
大功率激光焊接熔池特性数值模拟
姓名:陈磊
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:张瑞华
20081020
摘要随着现代技术的发展,激光焊接的功率越来越大,出现了的附有录际酰梢院附觢暮竦牟恍飧职澹阜炜矶冉鰈舢左右。当激光功率为,焊速为/毙纬商赜械拇蟪た肀群附尤鄢兀疚牟捎数值模拟的方法对此现象进行了研究。首先运用焓一孔隙度方法建立了移动热源作用下激光焊接过程的控制方程组,给出能量方程和动量方程的边界条件,然后在软件中进行二次开发,分别在控制卡和模块中编制相应的接口程序,模拟了浮力、表面张力、反蒸发力单独作用及联合作用下不锈钢大功率激光焊接的温度场和流场。论文最后分析了反蒸发力与熔池长度之问的关系,并且验证了模型在低碳钢激光焊接时的实用性。通过模拟结果与试验结果的对比发现:在大功率激光高速焊接时喷发的等离子体对熔池内金属的流动产生很大的影响,等离子体的喷发加速了“匙孔’’附近熔池内金属的流动,将热量带向熔池后部,是大功率激光焊接大长宽比熔池现象形成的主要原因。关键词:大功率激光焊接小孔反蒸发力兰州理工大学硕上论文摘要
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⋯轹舻日期:解//月。日几月哆日兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明日期:加孑年//月≯日原创性声明学位论文版权使用授权书日期:函格年本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名:导师签名:兰州理工人学学位论文原创性声明和使用授权说明
第绪论激光焊接概述自年发明第一台激光器以来,人们对激光的特性进行了诸多研究,并论证了激光的应用前景,在昶诩湎嗉谭⒚髁薈、激光器后进一步证实了激光加工材料的可行性,这是因为这两种激光器可以产生高的平均功率和峰值功率。近年来经过物理学家对激光特性和激光束与物质相互作用机理的研究,激光技术的应用领域已经不断明确和具体化。随着激光焊接技术的发展而不断扩大,目前,激光焊接技术己在航空航天、武器激光焊接有两种基本方式捍ǖ己赣肷钊酆浮控制激光工艺参数使工件上形成一定深度的熔池,同时表面无明显汽化。早期采汽化,在汽化膨胀压力的反作用力下部分熔融材料被喷出,从而在材料内部形成小孔,依靠小孔效应把激光能量直接传递到工件内部。随着工件相对于光束的移动,小孔保持稳定并在材料中移动,其后的熔融材料不断凝固而形成焊缝。激光焊接与其它传统焊接工艺相比,有着许多优点【浚附铀俣瓤欤す馐芰咳菀卓刂魄铱梢栽谥小⒃毒嗬胩跫陆泻附印烈汽化形成的金属蒸汽压力很大,足以克服液体金属的表面张力而对熔融的金属产生强烈的挤压而形成小孔,这种现象被称之为激光焊接的小孔效应。由于小孔的底部能量小,材料会快速凝固,然后由周围熔化的材料流动将孔腔填满,从而激光焊接技术是激光工业应用的一个重要方面,它经历了由脉冲波向连续波的发展,由单工作台单工件加工向多工作台多工件同时焊接发展,以及由简单焊缝形状向可控的复杂焊缝形状发展等一系列的发展过程。激光焊接的应用领域也制造、船舶工业、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域得到广泛应用,很多学者将激光加工连同电子束加工和离子束加工并称为世纪最具发展前景及最有效的加工技术Аǖ己敢揽咳却ǖ挤绞桨鸭す獾哪芰坑晒ぜ砻嫦蚬ぜ诓看ǖ荩ü用脉冲固体激光器进行的焊接即属于这种类型的焊接,现多用于微电子器件等小型精密部件的焊接。钊酆甘侵父吖β拭芏鹊募す庹丈涔ぜ砻妫狗涨虮聿憔植咳刍附又柿扛撸捎诩す馐涞讲牧媳砻婧蠡崾共牧涎杆偃刍推兰州理工大学硕十论文第滦髀
形成焊缝。另外,由于焊接过程中被汽化的材料会对焊口部位形成冲击小孔,也至可以将激光通过激光透镜窗口,进入封闭的超净化室进行焊接。τ梅段Ч悖宦凼俏⑿土慵故谴笮徒峁辜刹捎谩:附臃绞饺缍接焊、搭接焊、角接焊、端接焊和全位焊接等都可以采用激光焊接。矢撸僮髁榛睿资迪肿远当然采用激光进行焊接也存在着一些不足之处:辜淖芭湓诤附庸讨幸部赡芤鸺す馐哂形O招缘姆瓷洹叻瓷渎什牧如铝、铜等