山东建筑大学毕业论文开题报告.doc

山东建筑大学毕业论文开题汇报
班级：成型063 姓名：韩坤
论文题目
复合焊中的GMAW焊接热过程的解析
一、 选题背景和意义：
伴随工业的迅速发展，多种新型材料的不停开发以及科学技术的发展，焊接成为具有给定功能的构造制造技术。几乎所有的产品在生产中都不一样程度地依赖焊接技术，焊接技术的应用也愈来愈广泛，焊接技术已经成为一门独立的学科。由于焊接构造具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短等长处，可以预测焊接技术在石油化工、电力、桥梁、船舶、核潜艇、核动力工程、汽车制造、房屋建设以及多种金属构造等工业部门将得到更为广泛的应用。
激光焊是近来几年发展起来的一种高能量的焊接措施。它是用激光来加热，因此可以穿透透明介质。激光焊焊接速度快、能量密度高、灵活性大、可精确控制、焊缝的深宽比大、热输入量低、焊接变形小，可直接曝露在空气中进行焊接而不需真空环境或气体保护。整个激光焊焊接过程进行的非常快，焊接热影响区和焊接变形小，尤其适合于精密构造件和热敏感器件的焊接，但激光焊对焊接接头装备精度和间隙规定高，焊缝轻易出现气孔、裂缝和咬边等缺陷，设备投资大，能量转换效率低。为消除或减少单激光热源焊接的缺陷，人们在保持激光加热的长处的基础上，运用其他热源的加热特性来改善激光对工件的加热，从而把激光与其他热源一起进行复合热源焊接。常规的熔化极电弧焊虽然焊接速度慢、焊接热输入大、熔深小、热影响区大、焊接变形大，不过设备投资小，对间隙不敏感，能填充金属。激光焊接由于热作用区域小，母材端面接口轻易发生错位。而电弧焊接的热作用范围较大，可以缓和对接口的规定，减少错位，使焊接质量和效率得到提高。因此，采用激光+电弧的复合焊接措施成为激光焊接的新的发展趋势之一。
激光-GMAW复合焊是指将激光焊接技术与老式的熔化极气体电弧焊(GMAW)结合起来进行焊接。混合的激光加工技术将一种二级能源合并到焊接池区域，使得激光焊接的优势得到详细化，其中优势包括焊接速度得到提高，热影响区域受到限制，焊接的接缝变窄同步具有精良的焊道外形。熔化极气体电弧焊作为二次能源，它提高了总体的加工能量效率，减少了设备成本的同步还提高了焊接缝隙的能力，减少了焊缝的冷却速率。
因此，采用科学的计算机模拟措施对激光-GMAW焊接的热过程进行分析，理解有限板厚、体积热源分布、工件表面散热等原因对激光-GMAW复合焊接的影响，并获得多种工艺条件下的熔深、熔宽等数据。为我们更好的理解激光-GMAW复合焊接过程所发生的复杂现象并深入控制焊接过程、保证焊接质量发明了条件。
二、课题关键问题及难点：
激光-GMAW复合焊接是一种非常复杂、波及到光-等离子体-金属材料之间复杂互相作用的局部冶金过程。在整个焊接过程中最基础的问题是激光与GMAW电弧的能量耦合机制以及与材料之间的互相作用。
激光-GMAW复合焊接中的几种关键问题重要有激光、电弧以及材料的能量耦合机制，激光与电弧的互相作用，激光、电弧与母材的互相作用，以及复合热源焊接熔池内的传热与传质等。
三、调研汇报（或文献综述）：
伴随工业的迅速发展，多种新型材料的不停开发以及科学技术的发展，焊接技术是一种将材料永久连接，成为具有给定功能的构造制造技术。几乎所有的产品在生产中都不一样程度地依赖焊接技术，焊接技术的应用也愈来愈广泛。激光焊接技术是激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术。激光复合焊技术是将物理性质、能量传播机制截然不一样的两种热源复合在一起，同步作用于同一加工位置，在充足发挥各自的优势时，又互相弥补了各自的局限性，从而形成了一种全新高效的热源。
1、激光焊接概述及特点
激光焊接时，激光照射到被焊接材料的表面，与其发生作用，一部分被材料表面反射，一部分进入材料的内部。激光射线的光子通过轰击被焊接材料的表面形成蒸汽，并可以覆盖在金属材料表面以防止剩余能量被金属反射掉。激光的光波入射材料时，材料中的带电粒子依着光波电矢量的步调振动，使光子的辐射变成了电子的动能。这些原始激发能通过一定的过程再转化为热能，进而可认为焊接提供热源。激光焊接与其他老式焊接工艺相比，有着许多长处。激光焊接可以将激光束集中于非常狭小的区域，从而产生高能量密度的热源，在高速加工中能防止热损伤和焊接变形，可进行精密零件、热敏感性材料加工；激光焊接装置不需要与被焊接材料直接接触，激光可以穿过透明材料进行聚焦，因此可以焊接一般措施难以靠近的接头或无法安顿的焊接点；激光焊接中被焊接材料不易被氧化，可以直接曝露在大气下进行焊接而不需要真空或气体保护。不过激光焊接仍有许多局限性之处，其一就是规定焊件之间的装备精度较高，并且规定光束在工件上的位置不能有明显偏移，否则很轻易导致焊接缺陷。另一缺陷就是激光焊接的设备费用较高，投资成本比较大。
2、熔化极气体保护焊概述与特点
熔化极气体保护焊（GMAW）具有生产效率高、焊接质量好、生产成本低、易于实现自动化等长处，在制造业得到了广泛的应用。常规的熔化极电弧焊虽然焊接速度慢、焊接热输入大、熔深小、热影响区大、焊接变形大，不过设备投资小，对间隙不敏感，能填充金属。焊接过程中的保护气体可以使电弧燃烧稳定，熔滴过渡平稳、安定、无剧烈飞溅。
熔化极气体保护焊在工艺上、生产率与经济效果等方面有着下列长处：
气体保护焊是一种明弧焊，焊接过程中电弧及熔池的加热熔化状况清晰可见，便于发现问题与及时调整，故焊接过程与焊缝质量易于控制；气体保护焊在一般状况下不需要采用管状焊丝，因此焊接过程没有熔渣，焊后不需要清渣，省掉了清渣的辅助工时，减少了焊接成本；合用范围广，生产效率高，易进行全位置焊及实现机械化和自动化。
局限性之处：焊接时采用明弧和使用的电流密度大，电弧光辐射较强；另一方面，是不适于在有风的地方或露天施焊；设备较复杂。
3、激光－GMAW复合焊技术特点
激光复合焊是指将激光焊接技术与老式的金属极气体电弧焊(GMAW)结合起来进行焊接。
激光复合焊技术消除了单激光热源的焊接缺陷，人们在保持激光加热的长处的基础上，运用其他热源的加热特性来改善激光对工件的加热，从而把激光与其他热源一起进行复合热源焊接。激光复合焊集成了激光焊的高穿透、低热量和高速等特点，以及熔化极气体电弧焊所具有的极佳的缝隙公差和金相控制。复合工艺最终得到更深的焊接，更低的热量输入，更小的热变形，更高的焊接强度和韧度，以及更高的抗疲劳强度。其重要长处有：焊接能量集中、焊接速度较快、熔深大；电弧过程稳定；焊缝成形美观，变形小，焊后矫正量小，比单激光热源焊接好；对接头间隙不敏感，可通过焊丝改善焊缝的性能，扩大了激光在工业中的应用范围。
4、我国激光－GMAW复合焊技术现实状况和发展
激光与熔化极电弧复合焊接过程是一种非常复杂的物理化学过程，在比较小的焊接区域中有大量的高温激光致等离子体、电弧等离子体、受热蒸发的母材金属等，因此这使得要想彻底理解激光与电弧的互相作用变得很困难。目前国内对复合热源焊接技术的研究重要集中在工艺自身的研究与开发上，对某些基础性的机理问题还缺乏较深入的研究。研究工作大多集中在对复合热源焊接机理的分析，重要有激光压缩引导稳定电弧、激光对熔滴过渡的影响、激光与电弧复合热源焊接熔池与小孔行为。哈尔滨焊接研究所已经成功地将研究开发的激光+电弧复合热源焊接技术应用到了实际产品的生产中，经典的产品有高强钢及超高强钢减震器钢体与筒体( 强度1000 ～1780MPa，厚度12 ～25mm) 的焊接，有效地处理了焊接裂纹以及缸体内层镀铬层的烧损及构件的变形问题。哈尔滨焊接研究所还成功的用激光+ 电弧复合热源焊接技术处理了不锈钢双面复合板(不锈钢复合层的厚度在0.15mm 左右，材料为0Cr18Ni9Ti ，基层采用Q235 低碳钢材料，厚度在1.0 ～2.0mm 之间) 焊接接头的腐蚀与变形问题。目前，伴随激光+GMAW工艺研究的逐渐成熟，其与相对落后的焊接机理研究所形成的矛盾，在很大程度上限制了激光+GMAW复合热源焊接技术的应用。
四、方案论证：
首先学习和理解激光复合焊接工艺，并对激光-CMAW复合焊接中CMAW焊接热过程进行研究分析，然后对其焊接过程进行推导、以及进行详细数学描述。在进行数值建模分析前学习和掌握Fortran程序设计语言与Origin作图软件对试验图像进行输出处理。运用充足的时间设计和调试激光-CMAW焊接热过程解析的计算程序，并整顿出计算成果，得到等温线，熔合线，焊接热循环曲线以及t8/5参数。
参照文献：
1武传松.焊接热过程与熔池形态[M].机械工业出版社.
2 B. Ribic, R. Rai, T. DebRoy. Numerical simulation of heat transfer and fluid flow in GTA/Laser hybrid welding[J] . Science and Technology of Welding and Joining,； 13(8):683-693
3 C. Bagger and F.O.Olsen. Review of laser hybrid welding[J]. Journal of Laser Application, ； 17(1): 2-14
五、进度安排：
1、 第1~2周 熟悉设计内容，查阅资料、翻译外文资料。
2、 第3~4周 毕业实习。
3、 第5周 熟悉激光复合焊接工艺。
4、 第6~7周 熟悉激光-GMAW复合焊接中GMAW焊接热过程解析解的推导、以及详细数学描述。
5、 第8~9周 学习和掌握Fortran语言编程与Origin软件画图处理。
6、 第10~11周 编写程序，进行调试。
7、 第12~13周 熟悉origin软件，并将计算成果作图。
8、 第14~15周 整顿材料，撰写并打印毕业设计论文
9、 第16周 准备毕业答辩。
六、指导教师意见：

签字： 年 月 日
七、教研室（或开题审查小组）意见：

签字： 年 月 日