解析ta15合金激光焊接熔池形貌及温度场分析

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1、学兔兔www.xuetutu.comTA15合金激光焊接熔池形貌及温度场分析武汉理工大学材料科学与工程学Ir~(430070)黄松杜学铭摘要熔池作为所有熔焊工艺的最主要研究对象，其特征决定了最终焊缝成形质量。利用高速摄像系统对焊接过程中的熔池进行实时监测，可获得熔池在任意时刻的热图像。通过对TA15钛合金激光焊接熔池热图像进行分析计算，得到熔池的一系列特征量(主要有熔池宽度和熔池长度)，重点分析了激光焊接热输入(单位厚度焊接线能量)与熔池特征量间的关系以及温度场的特点。结果表明，熔池长度和熔池宽度都随焊接热输入的增加

2、而增加，并基本呈线性增长；焊接速度减小时，熔池宽度和熔池长度都随之增大，并且熔池长度增大得更快；激光功率减小时，熔池宽度和熔池长度随之减小。熔池内部温度分布较不均匀，尤其是过热液态区域。关键词：激光焊高速摄像熔池温度场中图分类号：TG456．3重要的意义¨J。目前研究焊接熔池的方法主要有两0前言种：图像分析法和数值模拟法l2I4J。由于焊接过程的众所周知，激光焊接技术由于其能量密度高，焊接复杂性，数值模拟得到的激光焊接熔池模型，特别是其速度快，获得的焊缝深宽比大，热影响区小，焊接变形温度分布过于理想化，不能很好地适应

3、现实需要。图小以及自动化程度高等一些列优点受到人们的广泛关像分析法在这方面则是通过实时监测激光焊接过程熔注，并且越来越多地被应用于国防、航空航天、交通运池变化，可以获得较真实的熔池信息。输、机械电子等众多领域。钛合金具有比强度大、耐文中通过对TA15钛合金激光焊接熔池的正背面蚀、耐高温等许多优点，使得其在航空航天领域的应用热图像进行分析和计算，获得了不同焊接参数条件下，尤为广泛，其加工方法自然受到重视。熔池的特征量的变化规律，并基本确定了焊接热输入随着应用中对激光焊接质量的要求越来越高，如与熔池特征量间的关系，并指出

4、了熔池温度场的特点。何更好地控制焊接质量，一直是摆在焊接人面前的一1试验条件和试验方法项重要课题。熔池作为所有熔焊工艺的最主要研究对象，其特征决定了最终焊缝成形质量。而焊接熔池温试验中所用的材料是厚度为2．-5mm的TA15(Ti．度场反映了焊接中热的作用过程，也间接反映了焊接6．5A1-2Zr-1Mo-1V)钛合金试板，供货状态为轧制+退质量，因此熔池温度场的研究对焊接质量的控制有着火态。TAI5钛合金的化学成分如表1所示。表1TA15钛合金的化学成分(质量分数。％)试验设备为TrurnpfHL3006D型YAG激

5、光器和接熔池进行实时同步监测，获得对应的热图像。利用MegaM55K高速摄像机。所用YAG激光器的最大输自主开发图像处理软件，分析和计算得到熔池宽度、熔出功率为3kW，波长1．06m，激光通过光纤传输。试池长度等特征量，并生成温度场热分布图。验中采用氩气作为保护气体。2试验结果与分析试验采用板面堆焊的方法，通过改变激光焊接主要工艺参数(包括激光功率和焊接速度)，获得一系列2．1熔池特征量与焊接热输入间关系分析堆焊焊缝。在激光焊接过程中，采用高速摄像机对焊图l和图2分别为激光的输出功率为2800W和2000W时，不同焊

6、接速度条件下得到的焊接熔池正背收稿日期：2012—09—04面热图像。由焊接热输入的定义可知，两图中各组熔2012年第12期47学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com