鈦合金激光焊接氣體保護技術(shù)研究.pdf

1、激光焊接保護氣體作為一個重要的焊接參數(shù)，具有保護高溫區(qū)不被污染和抑制焊接等離子體的作用，特別對于在高溫下化學性質(zhì)極其活潑的鈦合金的激光焊接，保護氣體對于保證焊接質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。本文采用數(shù)值模擬的方法分別對鈦合金激光焊接溫度場和保護氣體流場進行了研究，分析了側(cè)吹噴嘴姿態(tài)、尺寸和氣流參數(shù)對激光焊接保護效果的影響規(guī)律，為側(cè)吹噴嘴優(yōu)化提供了理論依據(jù)。并針對側(cè)吹噴嘴對高熱輸入情況下保護不足的問題，設(shè)計了一種更加靈活實用的雙通道同軸保護噴嘴

2、。
　　本文首先使用Marc軟件，選用高斯面熱源和柱狀熱源的復合熱源對TC4T型接頭激光焊接的溫度場進行模擬，通過與實際焊縫對比以及熱電偶測溫試驗驗證了溫度場模型的準確性。研究確定480℃為TC4激光焊接臨界保護溫度，焊縫表面為銀白色；如果只保護520℃、700℃和760℃高溫區(qū)，焊縫表面會分別呈現(xiàn)黃色、紫色和藍色。
　　使用Fluent軟件，選用標準k-ε湍流方程對焊接保護氣的流動特性進行模擬，通過紋影法驗證了噴嘴在無拘束

3、條件和平板拘束條件下氣體流動場模型的準確性。系統(tǒng)地研究了側(cè)吹噴嘴姿態(tài)、尺寸和氣體參數(shù)對保護效果的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)：噴嘴高度、噴嘴角度和噴嘴尺寸是影響高溫區(qū)保護效果的主要因素，保護氣流量和噴嘴內(nèi)徑是影響等離子體抑制效果的主要因素。優(yōu)化Φ8mm、Φ10mm和Φ16mm側(cè)吹噴嘴參數(shù)，提升保護效果，并通過Φ16mm噴嘴工藝試驗加以驗證。
　　以數(shù)值模擬得到的高熱輸入焊接過程高溫區(qū)范圍作為同軸噴嘴尺寸設(shè)計的理論依據(jù)，設(shè)計出一款雙通道同軸保

4、護噴嘴。通過噴嘴內(nèi)部和外部保護氣體流動特性分析，優(yōu)化同軸噴嘴結(jié)構(gòu)和尺寸，闡明了氣流約束管壁、篩板和改變旁軸進氣角度對保護氣流動特性的改善作用，提高了氣體流動的穩(wěn)定性和均勻性。
　　系統(tǒng)地研究了同軸噴嘴主軸與旁軸氣流量和噴嘴高度對高溫區(qū)保護效果和等離子體抑制效果的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)：對于P=1800W、v=0.6m/min焊接過程，當h=5mm，Q1=Q2=Q3=Q4=10L/min時，等離子體抑制效果最好，保護范圍最大。最后通過工