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激光深熔焊接铝合金的模拟与试验研究

作者：钟荣华 Publish: 2007-9-27 Hits:-

【中文题名】

激光深熔焊接铝合金的模拟与试验研究

【英文题名】

A Simulation Analysis and Experimental Study on Deep Penetration Laser Welding of Aluminum Alloys

【学科专业】

机械制造及其自动化

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-9-27

【中关键词】

小孔,铝合金,激光焊接,光谱分析,,

【英关键词】

Keyhole,Aluminum Alloys,Laser Welding,Spectral Analysis,

【分类导航】

工业技术>金属学与金属工艺>焊接、金属切割及金属粘接>焊接工艺>各种金属材料和构件的焊接>金属材料的焊接

【论文摘要】

铝合金具有重量轻、耐腐蚀性、导电性及导热性好和在低温下能保持良好的力学性能等优点,因此铝合金在汽车工业与航空航天工业等领域应用越来越广泛。由于铝合金的导热系数很大和其它一些物理性质,使得铝合金的焊接性能很差,用传统的焊接方法(比如TIG焊与MIG焊)焊铝一般都比较困难并且存在很多焊接缺陷,如在焊后容易出现裂纹和气孔,同时焊接过程还会造成低熔点合金元素(如镁、锌)的烧损,这些焊接缺陷严重阻碍了铝合金进一步的应用。激光焊接铝合金正是解决上述问题的有效方法之一。小孔效应是激光深熔焊接的基础,而在研究小孔效应在焊接中的作用之前,必须先得到小孔的形状和尺寸。可是在激光焊接金属材料时小孔位于工件的内部,这使得小孔的形状很难直接观测到。在本文中设计一个在激光焊接铝和GG17玻璃时,透过GG17玻璃用高速相机拍摄到小孔相片的特殊实验装置,并从这些拍摄到的相片中得到了小孔的形状和尺寸,这为后续的研究奠定了基础。本文还通过试验研究表明激光功率和焊接速度对小孔的形状和尺寸都有很大的影响。根据前面试验得到的小孔尺寸,本文建立了一个激光焊接异种材料热传导方程的数学模型,并通过有限差分法和编制Matlab程...

【论文题纲】

摘要	5-6
Abstract	6-11
第1章绪论	11-22
1.1 铝合金材料的性能与应用	11-12
1.1.1 铝及铝合金材料	11
1.1.2 铝合金的应用	11-12
1.2 铝合金的焊接技术和特点	12-15
1.2.1 铝合金的焊接方法简介	12-14
1.2.2 铝合金的焊接特性	14-15
1.3 铝合金的激光焊接技术	15-19
1.3.1 激光深熔焊接原理	15-16
1.3.2 铝合金激光深熔焊接技术及其优越性	16-17
1.3.3 铝合金激光焊接方法介绍	17-19
1.4 激光加工中常用激光器类型及其特点	19-20
1.5 本论文的课题来源和研究内容及意义	20-22
1.5.1 本论文的课题来源和主要研究内容	20-21
1.5.2 本文的主要创新点	21-22
第2章小孔形状的实验观测	22-33
2.1 试验装置	22-24
2.1.1 试验系统组成	22
2.1.2 试验用激光器介绍	22-23
2.1.3 试验机床	23-24
2.1.4 观测摄像装置	24
2.2 试验材料介绍	24-26
2.2.1 铝的物理化学性质	24-25
2.2.2 试验用6063 硬铝合金介绍	25
2.2.3 GG17 玻璃的介绍	25-26
2.3 观测结果及讨论	26-27
2.3.1 小孔的难于诱导和稳定	26
2.3.2 通过摄像法观测到的小孔形状及分析	26-27
2.4 不同工艺参数小孔的影响	27-30
2.4.1 不同焊接速度对小孔的影响	27-29
2.4.2 不同激光功率对小孔的影响	29-30
2.5 激光焊接过程中的几种效应分析及抑制方法	30-32
2.5.1 小孔效应	30-31
2.5.2 净化效应	31-32
2.5.3 激光焊等离子体负面效应	32
2.6 小结	32-33
第3章铝合金激光深熔焊接温度场的数值模拟	33-52
3.1 热传导问题简介	33
3.2 热传导模型的建立	33-40
3.2.1 热传导模型的基本假设	33-34
3.2.2 热传导模型的控制方程	34-35
3.2.3 热传导模型的有限差分方程的建立	35-37
3.2.4 三种边界条件分析	37-40
3.3 激光深熔焊接数学模型的求解	40-48
3.3.1 MATLB 软件简介	40
3.3.2 数学模型的计算机求解流程	40
3.3.3 数值模拟研究方法	40-43
3.3.4 数值模拟的结果	43-48
3.4 工艺参数对温度场的影响	48-51
3.4.1 激光功率对温度场的影响	48
3.4.2 激光焊接速度对温度场的影响	48-51
3.5 小结	51-52
第4章铝合金深熔焊接光谱分析	52-67
4.1 光谱分析介绍	52
4.2 试验装置	52-55
4.2.1 试验装置的设计	52-53
4.2.2 试验材料	53
4.2.3 光谱仪介绍	53-54
4.2.4 试验用激光器介绍	54
4.2.5 试验机床	54-55
4.3 镁锌元素对铝合金材料机械性能的影响	55-56
4.3.1 镁元素在铝合金材料中的作用	55-56
4.3.2 锌元素在铝合金材料中的作用	56
4.4 低温合金元素的烧损光谱分析	56-65
4.4.1 焊接玻璃的谱线分析	57
4.4.2 焊接铝合金与玻璃的光谱分析	57-65
4.5 减少镁锌元素烧损的工艺参数分析	65-66
4.6 小结	66-67
结论	67-69
1、本文的研究内容	67
2、展望	67-69
参考文献	69-72
附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录	72-73
附录 B 求解激光焊接铝合金和玻璃温度场的MATLAB 程序	73-78
致谢	78

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.72959



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