《填充熱絲雷射焊接過程穩定性及其關鍵技術的研究》是依託清華大學，由溫鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：填充熱絲雷射焊接過程穩定性及其關鍵技術的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：溫鵬
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
能量密度集中的雷射作為焊接熱源優勢明顯，但不填絲雷射焊接的實際套用具有較大限制；而一般的雷射填絲焊接效率低下，難以滿足實際生產需要。本項目將填充熱絲套用到雷射焊接中，母材通過雷射加熱，焊絲通過電流加熱。兩種熱源的複合套用不僅能精確控制熱輸入，從而減少母材稀釋率，獲得小的變形和殘餘應力，同時可以高效率的向焊縫中填充金屬，調整焊縫成分滿足各種性能要求。因此，該焊接方法針對表面堆焊，窄間隙焊接和異種金屬焊接具有突出優勢和巨大套用空間。目前國內外對填充熱絲雷射焊接有一些初步研究，但都是基於特定條件的實驗結果，對於主要工藝參數對焊接質量和焊接過程穩定性的影響規律缺乏基礎研究，限制了填充熱絲雷射焊接的套用。本項目研究雷射和填充熱絲相互作用時母材和焊絲的熔化現象，通過建立焊絲加熱電流的數學模型和焊接過程的線上檢測，提高填充熱絲雷射焊接過程的穩定性，解決該焊接方法實際套用中的關鍵問題。
結題摘要
項目按預定研究內容進行，完成情況良好，實現了預定的研究目的。 焊絲穩定過渡和側壁熔合是雷射熱絲焊套用的關鍵科學問題。系統研究了雷射熱絲焊的焊絲過渡行為和側壁熔合行為,揭示了焊絲穩定過渡和側壁高質量熔合的控制機理，獲得了焊絲穩定過渡和側壁高質量熔合的工藝控制原則。在此基礎上，將雷射熱絲焊成功套用於超級馬氏體不鏽鋼表面堆焊和球墨鑄鐵窄間隙焊接，獲得了良好的成形質量和力學性能。 （1）研究了工藝參數對焊絲過渡行為和成形質量的影響規律，採用高速攝像的方法觀察了不同工藝參數下的焊絲過渡行為，根據焊絲熔化位置不同，將焊絲過渡行為分為熔斷過渡、連續過渡和觸底過渡三種典型方式，其中連續過渡是穩定的焊絲過渡，是獲得良好焊縫成形的關鍵。（2）通過高速攝像和紅外測溫可以判別焊絲上存在P1和P2兩個特徵點，將其溫度分別與焊絲固液相溫度進行對比，可以作為焊絲穩定過渡的判據：當P1溫度不超過焊絲固相線溫度且P2溫度不低於焊絲液相線溫度時，可實現穩定的焊絲過渡。（3）建立焊絲溫度場模型，採用數值模擬方法計算獲得不同工藝參數下的焊絲特徵點溫度，將其與焊絲穩定過渡的判據進行比較，獲得了焊絲穩定過渡的工藝控制原則和控制機理。（4）通過研究工藝參數對側壁未熔合缺陷和熔合比的影響規律，獲得了側壁高質量熔合的工藝控制原則。增加熱輸入，採用強焊接規範以及減少母材散熱均有利於抑制側壁未熔合缺陷的產生。側壁均勻熔化是熔合比控制的關鍵，減小雷射功率和送絲速度有利於側壁均勻熔化。（5）基於側壁受熱分析，揭示了高質量側壁熔合的控制機理。熔池傳熱加熱側壁整體，增加熔池傳熱有利於抑制側壁未熔合缺陷；反射雷射加熱側壁局部，減小反射雷射熱量有利於側壁均勻熔化，是熔合比控制的關鍵。（6）將雷射熱絲用於超級馬氏體不鏽鋼FV520B的表面修復，發現良好的焊絲過渡可保證單道堆焊優良的成形質量，利用回響曲面法研究了多道修復焊工藝參數選擇和成形質量最佳化問題，獲得表面平整、稀釋率低、無未熔合缺陷的多道修復層，力學性能接近母材。（7）將雷射熱絲焊用於高韌性球墨鑄鐵的窄間隙焊接，基於焊絲穩定過渡和側壁良好熔合的控制原則，獲得了成形良好無缺陷的焊接接頭，拉伸強度達到了母材85%以上，高於文獻中其他焊接方法，與雷射電弧複合焊相比提高了29%。
