TA15钛合金激光焊接熔池红外光辐射信号特征研究

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1、分类号——UDC学校代码劣多凄程歹大学位论文10497题目坠!§丛金全邀当竖擅鉴渔丝之E鲞堑盟焦量壁垒盟窒英文：匦曼墨!坠鱼YQ塾曼h堑垒垡曼!i墨!i曼墨Qfi旦壁垒!曼鱼!塑亟i垦!iQ塾亟坠西塾g!鱼墨曼!题目!竖!鱼i旦gQf!'△15研究生姓名高盘堑指导教师姓名———立盈兰L一职称—型塑盛∑一学位』堑L副指导教师单位名称耋垦立篮窒剑造墨堡塑塞堑邮编申请学位级别硕士论文提交日期2Q!!生墨旦论文答辩日期2Q呈!生5旦学位授予单位盍墨堡墨盘堂．学位授予日期答辩委员会主席—瘴u阅人二耄一2011年5月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师

2、指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：壶盘堑日期：竺!L佥59学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或

3、其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)：南熄昂导师(签新期圳如摘要激光焊接技术与传统的焊接方法相比，具有能量密度高、焊缝深宽比大、热影响区窄、热变形小、生产效率及自动化程度高等优点。随着大功率高性能激光加工设备的的不断研制成功，激光焊接技术在航空航天、能源、汽车、船舶、电子等工业领域得到快速发展，成为21世纪最有发展前景的制造技术之一。激光焊接在这些重要领域的广泛应用，使得对焊接质量的要求越来越高，焊接质量

4、的在线监测技术的研究也变得越来越重要。本文以航空航天领域重要的结构材料高强钛合金TAl5为研究对象，利用CCD摄像机以及红外光辐射信号监测系统，对多组焊接过程熔池正背面图像，以及过程中红外光辐射信号进行了记录。并利用专用软件对其进行了测量和分析。研究结果表明，在焊接准稳态过程中，钛合金激光焊接过程的光辐射信号主要来自三个区域，即金属蒸气／等离子体、小孔及熔池区域。它们各自的辐射峰值波长和频率各不相同。而对试验所得到的焊缝正背面红外光辐射原始信号进行分析，发现沿焊缝方向根据信号焊接过程明显均可分为3个阶段：焊接起始阶段、焊接准稳态过程和焊接收弧阶段。

5、通过对信号的分析，本文采用数字滤波等方法减少金属蒸气／等离子体小孔等辐射信号的影响，主要关注熔池所辐射的红外光信号。通过一组固定其他焊接参数改变焊接速度从而改变焊接线能量的试验，定量对比分析了线能量变化对正背面熔池面积，以及红外辐射信号均值的影响规律，结果表明：熔池面积随焊接线能量呈现规律变化，同时红外光信号强度亦随着焊接线能量呈线性变化。同时对比二者变化规律，发现其有一致的规律性，故可用红外光信号替代熔池面积进行进一步研究。在此基础上，分别对不同板厚的试验结果进行了分析，结果表明：当材料板厚发生变化时，即使单位板厚线能量一样，最后形成的熔池和红外

6、光辐射信号也存在区别，全熔透焊接的结果主要决定于线能量和板厚；辅助气体的影响，更换辅助气体作氩气和氦气的比较，发现对面积的影响小，但氦气对红外信号影响大，表明熔池及小孔等温度与氩气有差别，但是二者的变化规律一致，只是阈值有差异，可以通过在监测中改变阈值的大小来进行判断。同时在监测背面焊缝时，线能量较低时信号变化jlltd',，但在临界熔透现象时，阈值发生变化，可根据测得相应信号强度值监测不稳定穿孔的过程和小孔穿透性。综合以上研究，在激光全熔透焊接过程中，红外光信号的相对强度与熔池面积具有相当一致的变化趋势，利用红外光辐射信号可以相当准确地监测焊接过

7、程的熔池的面积的变化，因此，在实际焊接中用红外光信号强度来监测熔池的面积及稳定性，进而监测焊接过程的稳定性，具有相当的可行性。关键词：激光全熔透焊接，TAl5钛合金，熔池，红外光辐射信号ⅡAbstractComparedwithtraditionalmethods，laserweldinghasadvantages，suchaSlli曲energydensity,highdepth—to—widthratio，anarrowheataffectedzone，narrowheataffectedzone，lowweldingdeformations，

8、highproductionefficiencyandautomation·Duetotherapiddevelopmen