激光深熔焊接过程中小孔行为的研究进展

从试验研究和数值模拟研究两个方面介绍了激光深熔焊接过程中小孔行为的国内外研究现状。X射线透射成像和高速摄影相结合的方法迄今为止仍然是研究激光深熔焊接过程中小孔行为最有效的方法。多激光束焊接、复合激光焊以及辅助气流等方法被用于改善激光焊接过程中小孔的稳定性。目前具有代表性的动态小孔模型有三类,分别是认为激光焊小孔形成机理与激光打孔相同的动态小孔模型,基于流体体积法(VOF)的动态小孔模型和基于等值面法(LevelSet的动态小孔模型。对三类模型进行了比较分析,并指出基于高精度运动界面追踪方法来追踪汽/液界面的动态小孔模型将是今后发展的趋势。

激光焊接过程中小孔行为对光、声的影响

利用错边试样的激光焊接实验来研究小孔行为对等离子体光、声辐射信号的影响。发现等离子体光辐射强度仅受被焊材料蒸发量的影响。而等离子体声信号的强度以及光、声信号的频谱分布都受到小孔行为的制约。在不能出现小孔的情况下，等离子体失去了周期性行为。

受控脉冲穿孔等离子弧焊接小孔动态行为的检测

受控脉冲穿孔等离子弧焊接新工艺能有效扩展适用的焊接工艺参数区间,在中厚度高性能金属结构成形制造领域有广阔应用前景。为掌握这一新工艺涉及的热物理机制,检测其熔池小孔随脉冲电流的动态变化过程有重要意义。介绍受控脉冲穿孔等离子弧焊接小孔动态行为的试验检测系统和方法。在受控脉冲电流波形作用下,通过调控电流脉冲后沿的两个下降斜率,主动地控制热输入和小孔的形成与闭合,保证熔池穿孔、工件熔透。采用视觉传感技术实时拍摄受控脉冲穿孔等离子弧焊接过程中小孔的序列图像,提取不同时刻小孔形状、尺寸和位置的数据。展示一个受控脉冲周期内在'小孔形成-长大-缩小-闭合'周期性过程中小孔尺寸和位置偏移量随焊接电流的瞬态变化规律。研究结果为受控脉冲穿孔等离子弧焊接工艺优化和过程控制奠定基础。

CO_2激光焊接时氦保护气体压力对焊接接头及小孔行为的影响(英文)

通过改变辅助气体压力,研究不同热输入下CO2激光焊接钛合金的接头形貌和小孔行为的差异性。结果表明,氦气气压对于焊接接头的影响,更多源于压力本身对液态熔池的影响,相对氩气保护而言,它对小孔行为的影响比较小。其原因主要因为氦气保护时形成的等离子体比较少,在不同压力下差别也比较小,因而对于小孔行为的影响也比较小。

不锈钢激光深熔焊熔池动态行为数值模拟

考虑激光深熔焊过程中存在对流、辐射、热传导等传热过程以及蒸汽反冲作用力,表面张力,热浮力等力学过程,采用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程,使用VOF方法跟踪自由界面,通过焓孔隙法实现焊接过程的凝固熔化,同时采用连续表面张力模型将蒸汽反冲作用力转化为在一定厚度上连续的作用力。建立数学模型,获得了奥氏体不锈钢深熔焊接过程中动态熔池的温度场以及流场分布。结果表明小孔存在周期性的震荡,小孔壁面在蒸汽反冲作用力、表面张力、流体静压力下形成凸台。凸台再随着小孔周期性的震荡则会形成气孔,产生缺陷。焊接试验的焊缝横截面熔合线同模型计算结果相吻合,验证了模型的可靠性。

激光-MIG复合焊接热过程与熔池流场的数值分析

建立了激光-MIG复合焊接过程的三维瞬态传热和流体流动模型,分析了小孔行为、熔池温度场和流场演变过程的特点,探讨了激光电弧前后相对位置对熔池传热和流动的影响。模型考虑了焊枪倾角对熔滴过渡的影响以及多次反射对激光能量分布的影响。结果表明:小孔壁面向下流动经熔池底部反射后形成后向流动和逆时针环流;后向流动向熔池尾部输运热量和动量,增加熔池体积;而逆时针环流则冲击小孔后壁,降低小孔的稳定性。激光在前时,熔滴和电弧压力作用在小孔后方,并产生两个流动模式:朝向前方和四周的流动。朝向前方的流动增强了逆时针流动对小孔后壁的冲击作用,使得小孔坍塌现象更加严重;朝向四周的流动将热量输运至熔池两侧,增加了焊缝宽度。