激光-TIG双面焊接电弧特性及组织性能研究

摘要

激光-TIG双面焊接作为一种新型的焊接工艺，可以有效地提高激光和电弧的能量利用率、降低焊接成本、改善焊接质量。为了深入的理解激光作用下电弧能量增强效应、阐明电弧稳定机理、优化激光和电弧的能量组合，本文对激光-TIG双面焊过程中的电弧物理特性进行了研究；同时，为把这种全新的焊接工艺尽快地推广到焊接生产领域，开展了中厚板铝合金激光-TIG双面焊接工艺试验研究。
　　通过CCD图像采集和MATLAB图像处理以及基于LABVIEW的电信号传感，研究激光匙孔加热作用下的电弧形态及电流、电压特性，分析了激光功率、电流强度、焊接材料和厚度等工艺参数对焊接电弧形态、电弧稳定性的影响规律。
　　利用红外热像仪对不同热源在工件上所形成的温度场进行测量，获得了不同热源作用下的温度场分布规律。借助于红外测温数据和数值模拟结果，对双面焊接过程中激光特殊的匙孔加热作用所形成的局部高温度梯度区对电弧特性的影响机制进行研究，从激光加热作用下提高了电弧的热电子发射能力和增加了熔池金属蒸汽两个方面探讨了电弧收缩和稳定性增强的机制，进而指出导致电弧收缩、稳定性改善的温度场必须同时具备高温和高温度梯度两个条件，具有高温的均匀温度场仅仅会提高焊接电弧的稳定性。
　　通过6mm的5A06铝合金激光-TIG焊接工艺试验研究，探讨了中厚板铝合金激光-TIG双面焊接的应用前景。通过优化工艺参数获得了激光-TIG双面焊接的三种典型的接头形式，对比了熔透条件下的双面电弧焊接头的力学性能。通过对断口的SEM特征以及对第二相质点的能谱分析，并对Mg元素进行了线扫描，探讨了焊接接头的断裂机制。通过金相显微镜和电子扫描显微镜分析了单电弧和激光-电弧双面焊接电弧侧的焊缝组织，并研究了不同激光功率对电弧侧焊缝组织的影响规律。

目录

激光-TIG双面焊接电弧特性及组织性能研究

STUDY ON ARC CHARACTERISTICS AND STRUCTURE PERFORMANCE DURING LASER-TIG DOUBLE SIDE WELDING

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1课题的研究背景及选题意义

1.2铝合金激光焊接特点

1.3 双热源焊接技术的研究现状

1.4焊接温度场红外测温技术研究现状

1.5课题的主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1试验材料

2.2 试验设备与试验方法

2.3组织结构分析方法

2.4力学性能分析方法

第3章 激光-TIG双面焊接过程中的电弧特性

3.1引 言

3.2图像处理技术

3.3激光-TIG双面焊接过程中的电弧特性

3.4本章小结

第4章 局部高温度梯度区对电弧特性的影响

4.1引 言

4.2 激光-TIG双面焊接温度场的红外测量

4.3不同形式热源在工件背面所形成的温度场

4.4 不同功率激光在工件背面所形成的温度场

4.5激光焊接不同材料时在工件背面所形成的温度场

4.6激光-TIG双面焊接过程中电弧侧焊接熔池温度的数值计算

4.7 高温度梯度区对双面焊接电弧特性的影响机制的初步探讨

4.8本章小结

第5章 激光-TIG双面焊接头组织和力学性能研究

5.1 引 言

5.2 力学性能分析

5.3 组织特征

5.4本章小结

结论

参考文献

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致 谢