光纤激光填粉焊接镀锌钢的粉束流形态及锌烧损研究

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1、学校代号：10532学密号：S11021048级：公开湖南大学硕士学位论文光纤激光填粉焊接镀锌钢的粉束流形态及锌烧损研究StudyonpowderbeamforminlaserweldingofstrengthgalvanizedsteelwithpowderfillingandthezincburnoutByYANGXiongB．E．(ShandongUniversityofTechnology)201AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsf

2、orthedegreeofMasterofEngineeringlnMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHANGYiMav，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识

3、到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：卉钫万i砂日期舢l忙j月2‘目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校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。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“巾)作者签名：导师签名：扫承毗日期渤诅年S月≥6日日期：矶I忤j月)6日

4、光纤激光填粉焊接镀锌钢的粉束流形态及锌烧损研究摘要捅要随着激光技术的高速发展和车身的轻量化趋势，能有效降低车身重量的激光焊接将代替传统电阻点焊的焊接方式。然而，常规激光焊接难以对焊缝的成分进行调控。为了保证焊接的性能，同时调控焊缝的成分，提高焊缝力学性能，填加材料的焊接技术因此而产生。激光填粉焊接是一种高柔性化焊接加工技术，能实现焊缝成分的控制。为了探究粉末填加与焊缝成分的关系，本文对镀锌钢激光填粉焊接粉末喷送过程进行了仿真及实验研究。本文首先基于流场气固两相流离散相的粉末喷送模型对粉束形态进行研究。通过分析粉束

5、截面的浓度值得到了粉束流分布密度。同时，研究了影响粉末焦距、最大粉末浓度、粉末焦斑直径和粉末焦深的粉束特征与喷口直径、喷口角度、载气流量以及保护气体流量工艺参数之间的相关性。结果表明：粉末焦距与粉末喷口角度呈正切函数相关，是影响粉末焦距的主要参数；最大粉末浓度与喷口直径呈负相关；载气流量和喷口角度与粉束焦斑直径呈负相关，保护气体流量和喷口直径与粉束焦斑直径呈正相关；在保护气流量为8L／min、载气流量8L／min、喷粉口直径0．8mm和喷粉口角度700时，此组工艺参数组合可以得到最小的粉斑直径，其值为1．92mm

6、，此时粉束焦深为3．69mm。其次，依据粉末喷送模型理论计算的结果，自行设计了粉末、保护气和冷却水三路集成一体的同轴喷粉装置，实现了在载气气流的驱动及粉末自身重力共同作用下粉末喷送。采用本设计的同轴喷粉装置开展了喷粉实验，通过实验图像数据的灰度处理、图像增强和特征提取等图像处理手段，获得了粉束图像的灰度概率分布。利用图像灰度值与粉末分布密度的正相关性，得出粉束截面粉末浓度分布曲线。实验测得的粉斑焦距、粉束焦斑直径和理论模拟结果的偏差小于10％，且粉束焦斑直径较己发表使用的喷粉装置减d、67％，粉束汇聚性显著提高。

7、最后，本文开展了高强镀锌钢激光焊接锌烧损的工艺试验研究，得出影响锌烧损因素的主次顺序为：焊接速度、激光功率、辅助气体流量、离焦量。同时，发现同轴填粉焊接中填加铜粉可以抑制锌元素的烧损并改善焊缝表面的形貌。粉束流特性研究结果将为满足激光填粉焊接过程中的粉末输送要求提供理论依据和实验基础。关键词：激光焊接；填加粉末；粉束流；形态特征；锌烧损ⅡAbstractWiththedevelopmentoflasertechnologyandthelightweightof。carbody，thelaserweldingwil

8、ltaketheplaceofresistancespotweldingbecausethelaserweldlngcanreducecarbodyweighteffectively．YetlaserweldingworkpleceweJdcompositionisdifficulttOcontr01，somederivativelasertechnologyhasbee