Q235低碳钢厚板30kW级超高功率激光深熔焊接特性研究

发布时间：2025-06-19 23:10

　　随着激光器水平不断发展,功率超过10kW的超高功率高质量光纤激光已经投入市场并逐步开始尝试应用于大厚板的高效激光焊接,其激光束功率密度可达107～108W/cm2,这意味着在焊接过程中一道焊缝的熔深可以达到更大,使得厚板大型构件的高效、低变形焊接有望获得新的解决方案。本文以40mm厚的Q235低碳钢板为材料,系统研究了30kW级激光深熔焊接的工艺特性。研究发现,30kW激光焊接低碳钢厚板的焊缝成形较差,存在飞溅、表面塌陷、缩孔等焊接缺陷。仅通过改变焊接速度、离焦量、保护气体种类、焊接姿态等焊接工艺参数难以获得熔深较大、成形良好的焊缝。进一步,采用高速摄像等手段观察了超高功率激光焊接的熔池表面特性和独特的金属蒸气/等离子体形态,揭示了超高功率激光焊接过程飞溅的形成过程。观察到30kW激光焊接时,熔池波动剧烈,从小孔内流出的金属溶液的量不断增加并包围住匙孔,匙孔前沿的熔池存在液柱上扬现象,并最终形成飞溅逸出。同时,30kW激光深熔焊接过程中产生的金属蒸气/等离子体远多于常规千瓦级激光焊接,喷出的高度达到50mm,金属蒸气/等离子体由匙孔开口附近呈青色的等离子体和位于上方呈金色的金属蒸气构成,...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-3万瓦级CO2激光电弧复合焊接焊缝横截面成形[14]

早在上世纪末本世纪初,欧美和日本等激光技术应用较早的发达国家就利用超高功率激光对厚板的焊接进行了研究,最早用于厚板连接的是超高功率CO2激光器。Goussain等人[11]为焊接板厚为10mm-35mm的不同厚度的板材采用45kWCO2激光器,并对获得的焊接接头进行了无损检测、....

图1-4激光厚板焊接焊缝横截面成形[16]

国内北京工业大学激光工程研究院的吴世凯和肖荣诗等人[15]采用最大输出功率为20kW的SR200CO2激光器自熔焊接了12mm厚的不锈钢厚板,并采用最大输出功率为3500W的SlabCO2激光器通过窄间隙多层填丝焊和激光-TIG填丝复合焊对接了10mm不锈钢厚板,并通过研究....

图1-5 30kW光纤激光器(YLR 30000)焊接性能[6]

德国IPG公司的M.Grupp等人[6]采用30kW光纤激光器焊接32mm厚不锈钢板,如图1-5(a)所示为激光功率和焊接速度对焊缝深度的影响,激光功率由10kW增加到30kW,相同焊接速度下焊缝深度变大。如图1-5(b)所示,当激光功率为30kW,在焊接速度为0.6m/min....

图1-6焊接速度对焊缝成形的影响[21]

日本大阪大学的SeijiKatayama等人[21]采用10kW光纤激光焊接20mm厚A5083铝合金,研究了焊接参数对焊缝成形的影响,分析了表面驼峰和飞溅的形成,并用X射线观察了气孔的产生。如图1-6所示为焊接速度对焊缝成形的影响,焊接速度由3m/min增加到20m/min,....

本文编号：4051061