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高功率激光深熔焊保护气流动行为及其对焊接气孔形成的影响研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 研究背景

自20世纪60年代高功率气体和固体激光诞生以来,激光在材料的连接中开始起到重要作用,激光焊接技术便随之应运而生[1]。几十年来,高性能激光器应用范围不断扩大,高功率激光器带动激光焊接取得了巨大的飞跃。相比于传统焊接技术,激光焊接已显示出焊接变形小,焊接精度高,焊缝成型好,适用于柔性制造等诸多优点,目前被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

高功率激光焊接在厚板焊接中尤其展现出优越性,它与低功率激光焊接相比有更大的能量密度,具有巨大的发展前景以及研究意义。但高功率激光焊接也不可避免的存在一些缺点,由于其焊接过程中熔池的强烈蒸发及反冲压力对流场和小孔的扰动,导致小孔极不稳定,并且熔焊过程中的传热与液态金属流动会影响熔池的形状与尺寸、温度分布、凝固冷却过程以及焊缝与热影响区的组织演变,进而使整个焊接过程都处在不稳定的状态中,因此在高功率激光焊接中气孔,驼峰,咬边等缺陷尤为明显,这些缺陷成为高功率激光焊接发展中的阻碍,仍需进一步的研究解决[2]。何文佩等人[3]指出侧吹气流除了能够隔绝空气,抑制等离子体的产生,还能够在一定条件下减少焊接气孔,改善焊接质量。seto n等人[4]从等离子体和小孔行为方面研究了保护气体对气孔形成的影响。如图1-1所示为氮气在抑制如下三种合金的焊接气孔方面的影响。还有许多学者在类似的方面也做过类似的研究[5,6]。所以对侧吹气流进行研究就显得尤为重要。通过对保护气流下高功率激光焊接过程进行研究,可以获取小孔的动态行为特征与光致等离子体对焊接过程的影响,进而揭示侧吹气流对焊接的作用机理及与焊接气孔形成影响,改良焊接工艺,提高焊接件的质量。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容
本文将用数值仿真和实验方法对高功率激光焊接过程中小孔动态行为进行研究,并揭示熔池中的小孔形貌、熔池流动及孔内金属蒸汽行为。

结合实验与模拟数据,分析焊接过程小孔内部流场、压力场、变化过程,找到保护气/金属蒸汽行为对焊接气孔形成影响形式,提出能够减小焊接气孔的工艺措施。

具体上,建立侧吹保护气作用下高功率激光焊接的数值仿真模型,利用icem cfd对几何模型进行网格划分从而进行流场分析。

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3. 研究计划与安排

02.18-02.24 查阅资料,完成文献综述
02.25-03.03 完成开题报告和英文文献翻译
03.04-03.25 完成高功率激光焊接实验方案设计
03.26-04.30 建立激光焊接保护气/金属蒸汽间湍流扩散模型
05.01-05.16 完成实验与模拟研究及结果分析
05.17-05.25 整理资料,撰写毕业论文并上传
06.03-06.07 论文答辩

4. 参考文献(12篇以上)


[1] quintino l, costa a, miranda r, et al. welding with highpower fiber lasers–a preliminary study[j]. materials amp; design, 2007, 28(4):1231-1237.

[2]李时春,邓辉,肖罡,等.活性硫对高功率激光焊接焊缝成形的影响[j].焊接学报,2018,39(10):65-70 131-132.

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