鈦合金激光焊接工作頭研制.pdf

1、鈦合金以其密度小、比強度和比剛度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點，廣泛應用于航空工業(yè)、宇航工業(yè)、造船工業(yè)等方面。相比于其他普通焊接技術(shù)，激光焊接具有能量密度高、焊縫成形好，操作簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。 鈦合金材料具有較高化學活性，在高溫條件下容易與空氣中的氧、氫、氮發(fā)生反應，降低焊縫的機械性能，焊縫高溫區(qū)保護是鈦合金激光焊接要解決的關鍵問題?，F(xiàn)有鈦合金激光焊接裝置結(jié)構(gòu)復雜，保護裝置必須接近待焊試樣表面，在應用于中有其局限性。另外，根據(jù)激光焊

2、接特點，激光焊接過程中產(chǎn)生飛濺與煙氣容易污染聚焦透鏡，為保護聚焦透鏡，必須采用橫向氣簾噴嘴將飛濺與煙氣吹除，現(xiàn)有橫向氣簾多為直管或窄縫形式，這種結(jié)構(gòu)噴嘴吹出氣流速度低，不能有效吹除飛濺物，同時由于氣流噴出后形成負壓區(qū)，引起焊接區(qū)周圍空氣的擾動，將空氣卷入焊接保護氣中，影響焊接效果。 本文首先采用高速攝像等實驗方法對激光焊接過程中產(chǎn)生飛濺顆粒質(zhì)量和運動速度進行了研究，計算吹除飛濺顆粒需要最小氣流速度接近音速，利用拉伐爾結(jié)構(gòu)原理，設

3、計超音速橫向氣簾，其噴射腔為非軸對稱拉伐爾結(jié)構(gòu)。紋影實驗表明氣簾吹出氣體為平直層流，氣流影響范圍小。激光焊接實驗證明，設計超音速橫向氣簾可有效吹除飛濺粒子，實現(xiàn)對激光器聚焦透鏡的保護。 根據(jù)焊接傳熱學并結(jié)合高速攝像觀察激光焊接鈦合金過程，對鈦合金激光焊接高溫焊縫保護范圍進行估算，確定鈦合金保護噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸。設計鈦合金激光焊接保護噴嘴由主保護噴嘴與附加保護噴嘴構(gòu)成，主保護噴嘴吹出氣體控制激光焊接過程中產(chǎn)生等離子體和保護焊接熔池，附