超细晶粒钢激光焊接HAZ晶粒长大的数学模型及实验研究

超细晶粒钢在不同焊接热循环作用下,热影响区晶粒会有不同程度的长大,从而对接头的塑性和韧性产生影响。本文在激光深熔焊接热源模型简化为点热源叠加线热源的基础上,提出特征晶粒概念,建立了激光焊接热影响区晶粒长大的数学模型,并对超细晶粒钢激光焊接热影响区的晶粒长大进行了计算,计算结果与实测结果吻合良好。发现激光焊接由于具有极小的能量输入,超细晶粒钢激光焊接接头晶粒尺寸长大并不严重,当线能量为96J/mm时,热影响区最大晶粒尺寸为20μm左右。     

激光切割质量的在线评价方法

在工艺实验的基础上,建立了切割面分层理论模型.实验研究和模型分析均表明:切割面近下缘处是切割质量的最薄弱环节,此处粗糙度最高,切割前沿在下缘处的温度是决定下缘质量的主要因素.提出以近下缘粗糙度作为切割质量评价和检测的主要指标,建立了火花簇射的视觉检测系统,从侧面研究了切割过程中的火花簇射行为,发现火花簇射视觉图像特征与切割速度以及切割面近下缘粗糙度之间具有良好的对应关系:随着切割速度的变化,最高的火花簇射出口温度(亮度)对应于最低的切割面近下缘粗糙度,此时的切割速度为该工艺条件下的最佳切割速度,从而实现了对切割面下缘质量的在线检测.     

激光切割过程火花簇射行为的研究

建立了激光切割过程视觉检测系统，通过实验方法研究了火花簇射行为与最佳切割速度之间的关系。通过不同功率、不同板厚条件下的变速实验，发现在无缺陷切割区，最佳切割速度对应的火花簇射特征信号为：火花簇射角度垂直向下;出口处亮度最高;各亮度带像素数达到最大值。     

填丝CO_2激光焊的焊缝成形研究

利用自行设计的填丝激光焊系统,研究了大功率ＣＯ_２激光填丝焊接工艺参数对ＨＡＺ尺寸及焊缝成形的影响。实验确定了最佳的送丝角度范围,发现填丝激光焊的焊缝形状近似呈“Ｘ”形。     

Nd∶YAG激光用于热交换管的现场修复

介绍了可用于受损管件现场修复的内衬管环形Nd∶YAG激光深熔焊结构及装置。内衬管设计成内凹状,以减小轴向变形拘束度,降低焊接残余应力,从而降低应力腐蚀倾向。光导纤维将激光导入内衬管内,旋转斜面镜将激光反射到内衬管内壁并产生一深熔环形焊道。熔化金属凝固后将内衬管与外管连接在一起,并防止液体渗入损坏的外管部分。实验结果表明,激光焊母材热影响区晶粒长大较小,激光脉冲峰值影响焊缝连接宽度,而连接宽度影响拉伸剪切强度。焊接接头的拉伸剪切强度约为Inconel 600管拉伸强度的62%。     

CO2激光焊同轴视觉系统及熔透状态检测的研究

本文对CO2 激光深熔焊的CO2 激光、等离子体辐射和熔池辐射光谱进行了分析和实验研究 ,在此基础上研制成功了基于具有特殊功能镀膜的分光镜、综合滤光系统和CCD摄像机的CO2 激光焊同轴视觉系统 ,解决了熔池图像同轴检测和等离子体强辐射干扰等关键技术 ,较清晰地实时显示俯视小孔穿透状态的二维图像。发现了焊接过程中焊缝熔透状态由“未熔透”或“仅熔池透”变为“适度熔透 (小孔穿透 )”时小孔图像变化的规律 ,获得了理想熔透状态的图像特征 ,为进一步进行熔透闭环控制打下了基础。     

激光焊接熔透过程同轴光信号检测

高功率激光焊接过程中，熔透是保证焊缝质量的前提。实现焊接熔透控制首先要提取出焊接熔透过程中的特征信号。本文针对激光焊接过程中的等离子体光信号检测，设计了同轴光信号检测传感器。在平板、斜板以及阶梯板焊接实验中，得出了不同熔透状态下，同轴光信号的变化规律。     

超细晶粒钢激光焊接接头的组织性能研究

研究经过度变形得到的超细晶粒钢Q235的激光焊接特性.结果表明超细晶粒钢在激光焊时会因形变晶粒发生再结晶而在接头中出现软化区,区域大小受焊接工艺参数的影响,高激光功率和高焊接速度可以产生很窄的再结晶区,从而使接头强度高于母材.拉伸试样断口形貌属延性断裂.     

填丝激光焊对接间隙宽度检测传感器与送丝系统的研究

本文针对高质量板材对接填丝激光焊的需要,设计了对缝间隙宽度检测的传感器与送丝控制系统。间隙检测传感器采用波长780nm的半导体激光器作为辅助光源,位敏元件PSD作为接收器件,步进电机带动传感器在工件上方做横向扫描,得出对接间隙宽度的信息。根据间隙宽度与焊丝送进速度之间的关系式,计算机将所需的焊丝送进速度值送给送丝控制系统,实现填丝激光对接焊缝成形的自适应控制。在2mm厚的低碳钢板对接焊实验中,对接间隙从0.1mm连续变化到0.5mm,采用焊丝直径0.7mm,激光功率2KW,焊接速度0.8m/min,使用本套系统,成功地完成了根据检测间隙的宽度自动控制送丝速度的填丝激光焊接过程,保证了焊缝全长正反面良好的成形。     

激光焊接时等离子体电流的产生及外加电磁场的作用

本文从等离子体吸收能量的理论入手，采用提升喷嘴的实验方法，系统研究了电磁场参数对等离子体控制的影响。研究结果表明，随磁场强度的加大，对等离子体的作用加强。而外加电压变化时，则存在一个最佳电压值，P＝1800W，V＝1m/min时，外加电压为25V时对等离子体作用最强。另外研究表明磁场正极性对等离子体有较明显的作用。