【導(dǎo)讀】影響規(guī)律，研究獲得良好焊縫成型的方法?；疽?1、研究并獲取MAG焊工藝參數(shù)對(duì)焊縫成型的影響規(guī)律。[1]權(quán)旺林,王寶.電弧電壓變化量分析熔滴過(guò)渡特征的研究[J].焊接技術(shù),[2]陳樹(shù)君,張曉亮,華愛(ài)兵,湯金蕾,白紹軍.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下的MAG焊電弧運(yùn)動(dòng)特征[J].[3]鄭森木,高洪明,劉鑫.帶狀電極MAG焊電弧行為[J].焊接學(xué)報(bào),2021,32:98-100. [5]楊運(yùn)強(qiáng),李俊岳.焊接電弧高速攝影技術(shù)及其同步裝置[J].電焊機(jī).2021,33:11-14. [7]陸文雄,王寶.焊條金屬熔滴過(guò)渡形態(tài)及工藝特性分析[J].太原工學(xué)院學(xué)報(bào).1982,13:. 、份量是否適當(dāng)；利用高速攝像系統(tǒng)配合適當(dāng)?shù)臏p光片采集電弧形態(tài)，渡行為與電信號(hào)進(jìn)行拍攝及采集。試驗(yàn)結(jié)果表明，MAG焊主要有短路過(guò)渡、大滴過(guò)渡、MAG焊在較大范圍內(nèi)都呈現(xiàn)射流過(guò)渡。隨著焊絲送進(jìn)速度增加，熔滴的過(guò)渡類(lèi)型發(fā)生改變?；￠L(zhǎng)增加，電弧擴(kuò)展，電弧壓力減小，熔滴過(guò)渡受到影響，導(dǎo)致熔寬增加。

　　

【正文】 rc electric welding process [J].Welding in the , 15(516):113117 [20] 安藤弘平 ,長(zhǎng)谷川光雄 .焊接電弧現(xiàn)象 [M].施雨湘 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1985 [21] 許芙蓉 ,楊立軍 ,李桓 ,馬闖 ,呂楠 .雙 MIG焊焊縫成形試驗(yàn)研究 [J].焊接報(bào) .2021,(4):1114 21 致謝 四年的大學(xué)生活走到了盡頭，這四年里有收獲有遺憾，總的來(lái)說(shuō)自己過(guò)得很充實(shí)。 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程算是對(duì)自己四年來(lái)的一個(gè)總結(jié)吧，在這里真的很感謝我的父母家人，老師，以及身邊每一位幫助過(guò)我的同學(xué)朋友。祝愿大家以后的路一帆風(fēng)順。 大學(xué)期間，專(zhuān)業(yè)老師對(duì)學(xué)習(xí)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度和勤勉的精神深深地影響了我，在今后的工作生活中我一定會(huì)好好努力。在此，特向教過(guò)我的老師致以最衷心的感謝！ 最后，衷心感謝四年學(xué)習(xí)生活中，所有關(guān)心和幫助過(guò)我的機(jī)械工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)，老師；感謝所有關(guān)心幫助和支持我的同學(xué)朋友們！ 22 附錄 23 24 25 26 激光凈成形焊接 摘要：在過(guò)去 40多年的激光焊接實(shí)踐，焊縫幾何形狀經(jīng)歷了一段焊縫略高于或低于母材表面的時(shí)期。在本文中，一個(gè)新概念 —— 凈成形焊接的介紹，焊縫熔合區(qū)到母材 表面是平坦的。試點(diǎn)工作進(jìn)行了展示凈成形激光平方米對(duì)接低碳鋼板的焊接。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，凈形焊接超越那些傳統(tǒng)的焊縫幾何形狀。計(jì)算流體力學(xué)和有限元模型已被用于協(xié)助凈形焊縫幾何形狀的形成和機(jī)械性能的理解。 1簡(jiǎn)介 激光焊接是一個(gè)完善的連接技術(shù)，并已被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)，航空航天，能源，電子和醫(yī)療行業(yè)。激光焊接的優(yōu)點(diǎn)，包括精確的能量控制，低的熱變形，熱影響區(qū)小，焊接速度高，深透（高焊接深度與寬度的比例）和不需要真空室。激光焊接特別適合加入三維結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的裝配，高精密部件和非常薄的材料，包括金屬，陶瓷和聚合物。焊縫幾 何形狀是一個(gè)重要的質(zhì)量因素，可以顯著影響最終的力學(xué)性能（如拉伸和疲勞性能）和微觀結(jié)構(gòu)。 大量的研究工作已經(jīng)進(jìn)行了了解激光焊接參數(shù)對(duì)焊縫幾何結(jié)構(gòu)及其對(duì)力學(xué)性能的影響（如激光功率，焊接速度快，聚焦光束光斑大小）的影響。 Man和 Buvanasekaran[1]和 Benyounis等。 [2]采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)，發(fā)展激光焊接工藝參數(shù)（激光功率，焊接速度快，光束的入射角，焦平面的位置）和焊縫寬度，深度和熱影響區(qū)（ HAZ）的大小之間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系焊接 304不銹鋼和中碳鋼鋼板。焊接速度和焦平面的位置已被認(rèn)為是影響 焊縫寬度最重要的因素。 Krasnoperov等人。 [3]焊縫分為 3 個(gè)穩(wěn)定模式（部分滲透，封閉鎖孔全面滲透和開(kāi)放鎖孔全面滲透）和一個(gè)不穩(wěn)定的模式（局部和全面滲透之間搖擺）。開(kāi)放鎖孔焊接（焊縫寬度與焊縫的上部和下部類(lèi)似），開(kāi)放鎖孔因虧損能源所以比封閉鎖孔全面滲透焊接有較低的能源效率（焊縫寬度比在根上寬下窄），由于其運(yùn)行的穩(wěn)定性，被推薦為最好的焊接作業(yè)。 Karlsson 等人。 [4]分為一個(gè)角落使用矩陣流程圖方法關(guān)系群體焊縫幾何形狀。焊縫寬度特點(diǎn)，如削弱，根腔和根抽絲焊縫和激光焊接參數(shù)的幾何體上形成的效果是確定的。 Wei等人。 [5]研究普朗特和馬蘭戈尼（ Ma）對(duì)激光焊縫幾何數(shù)字的影響。他們發(fā)現(xiàn)，焊縫根表面變得凸起是因?yàn)?Arora等人。 [6]研究了馬蘭哥尼效應(yīng)對(duì)激光傳導(dǎo)焊縫幾何的影響。他們發(fā)現(xiàn)， Ma 超過(guò) 26,000 時(shí)，可以形成一個(gè)波浪熔池融合邊界。 Ray 和 derby[7]發(fā)展了焊縫幾何設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)梳理 3D建模，通用優(yōu)化算法和少數(shù)的實(shí)驗(yàn)。他們認(rèn)識(shí)到，在熔池上部的傳熱以對(duì)流為主，由于馬蘭哥尼效果驅(qū)動(dòng)的熔融材料流通。 RAI等人。 [8]確定結(jié)構(gòu)鋼的激光焊接焊縫幾何對(duì)流熱傳輸模型。他們發(fā)現(xiàn)，與頂面相比由于有反沖壓力和較小的焊縫 區(qū)雙峰根表面可以成形。 Robert 和Derby[9]采用無(wú)量綱參數(shù)，如預(yù)測(cè)的馬蘭哥尼和佩克萊特?cái)?shù)字在固定的一個(gè)大范圍的工程材料的激光點(diǎn)焊焊接幾何形狀。馬蘭哥尼數(shù)隨激光功率的增加而增加。 Alam等人。 [10]研究了光滑與粗糙的焊縫表面焊縫疲勞性能的影響。他們發(fā)現(xiàn)，在焊縫表面波紋可以減少疲勞壽命和焊縫（壓縮）的根源是不太重要的影響疲勞性能比排在前面的。 Du等人。 [11]研究關(guān)節(jié)的拉伸強(qiáng)度的激光搭接焊焊縫 27 幾何形狀的影響。他們發(fā)現(xiàn)，確切的滲透焊接（零底部焊縫寬度區(qū)域的全面滲透）最高抗拉強(qiáng)度（全面滲透，焊縫寬度 底部 區(qū)域）。 盡管在機(jī)械性能上的預(yù)測(cè)和理解焊縫熔合區(qū)概況（特別是焊縫滲透的深度和寬度）及其影響方面取得相當(dāng)大的努力，頂部和底部的焊縫表面平整的特點(diǎn)，可能了解甚少對(duì)加入組件表面的影響。在過(guò)去的 40 年激光焊接的研究和應(yīng)用，焊縫幾何有一區(qū)域高于 /或低于母材表面。普遍形成良好的焊縫幾何是有一段略高于母材表面的焊縫，雖然在某些情況下，這些都是平焊后表面加工。對(duì)于某些應(yīng)用，單位的焊縫表面可能是可取的精密組件，消除表面應(yīng)力，表面涂層的應(yīng)用，降低流體流動(dòng)阻力（管道和容器），更好的腐蝕保護(hù)和美容效果等。在本文中，介紹了激光焊接 的新概念 凈成形焊接，使焊縫在焊接過(guò)程中焊接工藝容易制作。使用 1 千瓦的光纖激光器，對(duì)焊接低碳鋼表凈形焊縫進(jìn)行了試點(diǎn)工作。拉伸試驗(yàn)進(jìn)行了比較不同的焊接幾何形狀的焊縫優(yōu)勢(shì)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)建模和有限元模型已被用于協(xié)助凈形焊接焊縫幾何形狀的形成和凈成形焊接件實(shí)現(xiàn)了優(yōu)越的機(jī)械性能。 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)樣品 BS1449（ CR4 中， AISI 1018/EN10130）冷軋低碳鋼（ ％的碳， ％的 Cr，％的鎳，錳 ％，鉬 ％，銅 ％，硅 ％，鈷 ％，磷 ％，氮 ％，硫 ％和鐵） 。加工焊接邊緣垂直的部位。對(duì)焊使用 IPG YLR 1000 SM1 千瓦單模光纖的激光（ 1075 nm波長(zhǎng)， = ，通過(guò)光纖與核心直徑 14毫米交付）。光纖輸出組件連接到一個(gè) Z軸 Precitec有一個(gè)鏡頭組件和一個(gè)同軸氣嘴。激光束集中通過(guò)鏡頭的焦距 給一個(gè)光斑直徑約 50微米的焦點(diǎn)。錐形同軸氣嘴口直徑為 2毫米和工件放置在離噴嘴 5毫米的對(duì)峙距離。氬氣在實(shí)驗(yàn)中使用約 25 L / min的流速，以防止焊縫表面高溫氧化。工件被裝在一個(gè) 高速直線電機(jī)的數(shù)控轉(zhuǎn)換表面。一個(gè)設(shè)計(jì) 軟件包專(zhuān)家用于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。一個(gè) L47正交陣列應(yīng)用由三列和47行組成。該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是基于對(duì)三組焊接參數(shù)（激光功率，焊接速度和焦平面的位置）與 5個(gè)級(jí)別。一個(gè)響應(yīng)面法（ RSM）是用于識(shí)別處理重大影響因素關(guān)鍵關(guān)于焊縫的特點(diǎn)，包括頂高度 TH，相對(duì)的母料的頂面（正面是上述表面和地表以下的負(fù)）根長(zhǎng) RL（從底面的位移（正面是露出水面，下面是表面負(fù)））。 激光焊接后焊縫熔合區(qū)表面特性研究使用維柯白光干涉。使用光學(xué)顯微鏡，對(duì)焊縫截面幾何特征進(jìn)行了分析。對(duì)樣品進(jìn)行了橫截面，一次 的先后在 80， 180， 320， 600和 1200金剛砂磨粒和拋光鉆石漿 3 毫米的表面光潔度，最后與 Krolls 試劑（ 2 毫升硝酸和 18 毫升蝕刻甲醇）光學(xué)顯微鏡檢查約 60秒。拉伸試驗(yàn)共進(jìn)行了一系列激光對(duì)焊基于 EN1002 12021標(biāo)準(zhǔn)樣本。 3 結(jié)果 圖 1 顯示了典型的在不同焊接條件下焊縫截面幾何形狀。在一個(gè)較低的焊接速度，一個(gè)坡口， 28 凹頂面所示（圖 1a） 。中速凈形焊縫表明（圖 1b）和在一個(gè)較高的速度焊縫高于母材表面（圖 1c）所示。典型的焊縫寬度為 145276微米，根和頂面在 275400微米。根長(zhǎng) — 75微米 和 +75微米之間變化。 圖 2 顯示了焊縫頂部表面與高度和焊接速度的變化。它清楚地表明，低焊接速度下，焊縫表面產(chǎn)生裂紋，在相對(duì)較高的的焊接速度下，這些是可以避免的，可以形成凈形焊縫表面。圖 3 顯示了影響焊縫頂面幾何的激光功率和焊接速度之間的相互關(guān)系。凈形狀的焊縫可以達(dá)到一定的功率和速度的組合。如果激光功率增加，凈形狀的焊接速度也增加。 Fig. 1. Typical weld bead cross section geometry, (a) at 575Wlaser power, 95 mm/swelling speed, focal plane position (Fpp) at mm (below the surface). (b) At500 W, 110 mm/s, Fpp: _2 mm, (c) at 475 W, 120 mm/s and Fpp: mm. Scale bar: 335 mm. Fig. 2. Variation of weld bead top height with welding speed at 600Wlaser power 29 _ Fig. 3. A contour map showing the effect of laser power and welding speed on the weld bead top surface geometry. Fig. 4. Tensile test results for (a) a shape weld – breaks at the parent material (b) other weld geometry – breaks at the weld joint. Fig. 5. Ultimate tensile strengths of the test pieces for welds produced at 600W laser power, _2 mm Fpp. Fig. 6. Different weld bead top surface profiles calculated using CFD analysis with a 600W laser power. (a) 75 mm/s, (b) 100 mm/s and (c) 125 mm/s. 30 Fig. 7. Comparison of residual stress across the weld bead surfaces at three different welding conditions. 圖 4 和 5 的拉伸試驗(yàn)結(jié)果清楚地表明，凈形焊縫比其他焊縫具有優(yōu)越的機(jī)械性能。值得注意的是焊縫強(qiáng)度比母材強(qiáng)。因此，凈形焊縫的測(cè)量值實(shí)際上是母材抗拉強(qiáng)度。其他焊接的焊縫在焊縫區(qū)發(fā)生破壞，盡管事實(shí)上，其他焊接比凈形焊接的焊接速度低。這些被反復(fù)測(cè)試，至少有 3 對(duì)焊接參數(shù)的設(shè)置測(cè)試。屈服強(qiáng)度表現(xiàn)出類(lèi)似的趨勢(shì)。 4 討論 3D順序耦合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ CFD）建模和有限元分析（ FEA）模型進(jìn)行了了解焊縫表面幾何形成和預(yù)測(cè)熔體的流動(dòng)，在不同的激光焊接參數(shù)下凝固和壓力的特點(diǎn)。計(jì)算流體力學(xué)和有限元分析分別進(jìn)行了使用流利和商業(yè)軟件包。在 CFD模擬，應(yīng)用于 Nervier Stokes的質(zhì)量，能量和動(dòng)量平衡方程。高斯體積熱源 [12]用于表示激光熱源和對(duì)流，假設(shè)輻射熱損失是表面上的。在熔池流體流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力是表面張力和浮力。在頂部和底部表面的表面張力，由于溫度的變化引起的剪應(yīng)力是由 ( / )t T sT?? ? ? (1) / T???是表面張力梯度和 sT 是表面的溫度梯度。計(jì)算過(guò)程中，表面張力梯度值表示為 [13]在任何時(shí)間的表面溫度的功能。這表面張力梯度影響熔池運(yùn)動(dòng)的方向，最終決定在熔池表面的表面幾何變化。假設(shè)氧氣含量為 ％。排出的蒸氣反沖力對(duì)熔池表面上的作用促使氣孔形成。蒸氣壓 PV，取決于蒸發(fā)焓 Δ Hv和溫度 T： ( / ) ( (1 / ) (1 ) )0() H v R Tv Tvp T P e ??? (2) 其中 P0是在沸騰溫度電視的蒸氣壓， R理想氣體常數(shù)。 圖 6顯示了三種不同的焊接速度條件下，在 600W的激光功率下的焊縫型材。表面張力梯度過(guò)渡，從負(fù)面的地方（例如 75毫米 /秒）在較低的焊接速度（如 125毫米 /秒）呈積極反應(yīng)。對(duì)于凈形焊縫（即在 100 mm / s 的焊接速度），表面張力梯度接近于零。在較低的焊接速度（負(fù)表面張力梯度）熔池表面上的熔融材料流動(dòng)凝固后在熔池中心向外造成抑制。高的焊接速度（積極的表面張力梯度）， 31 固化后 表面凸起或隆起焊縫熔池熔化的物質(zhì)流動(dòng)。在一個(gè)特定的焊接速度，熔體流動(dòng)由于接近零的表面張力梯度是最低。 Zhao等人觀察到類(lèi)似的現(xiàn)象。 [13]在研究激光點(diǎn)焊不銹鋼薄板的馬蘭哥尼流。他們發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，表面張力梯度減小，翻轉(zhuǎn)，從正到負(fù)（如果中的氧氣含量大于 ％）。隨著氧含量的增加，表面張力梯度也隨之增加。有限元分析調(diào)查使用修改后的幾何和 CFD 分析所預(yù)測(cè)的溫度。圖 7顯示了表面上的計(jì)算 600W激光功率的激光焊接后的殘余應(yīng)力分布。凈形焊縫，由于減少熱量輸入材料的殘余應(yīng)力焊接速度高的焊縫凸起小得多。此外，凈成 形焊接殘余應(yīng)力的平穩(wěn)過(guò)渡，無(wú)應(yīng)力集中，這是相對(duì)其他兩種焊縫幾何形狀的情況下。要了解焊縫幾何形狀對(duì)焊縫抗拉強(qiáng)度特性的影響，是一種非線性有限元分析納入多線性各向同性硬化預(yù)測(cè)所產(chǎn)生的應(yīng)力和相同的 3 個(gè)典型的幾何