中国激光, 2020, 47 (1): 0102006, 网络出版: 2020-01-09   

激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系 下载: 1166次

Relation between Plasma Electrical Signal Oscillation and Weld Depth in Laser Deep Penetration Welding
作者单位
1 天津大学材料科学与工程学院, 天津300350
2 天津大学天津市现代连接技术重点实验室, 天津300350
3 山西太钢不锈钢股份有限公司不锈冷轧厂, 山西 太原 030003
图 & 表

图 1. 小孔内部压力示意图

Fig. 1. Diagram of internal pressure of keyhole

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图 2. 电信号检测装置和高速摄像机采集的图像。(a)等离子体图像;(b)等离子体面积;(c)电信号电压

Fig. 2. Collected images by electrical signal detector and high-speed camera. (a) Plasma images; (b) plasma area; (c) electrical signal voltage

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图 3. 焊接实验系统示意图

Fig. 3. Diagram of welding test system

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图 4. 不同热输入条件下A304不锈钢与Q235碳钢的焊缝截面、电信号及自相关函数。(a) P=1000 W, v=12 mm/s; (b) P=1100 W, v=12 mm/s; (c) P=1200 W, v=12 mm/s; (d) P=1300 W, v=12 mm/s; (e) P=1300 W, v=8 mm/s; (f) P=1300 W, v=4 mm/s; (g) P=1000 W, v=8 mm/s; (h) P=1100 W, v=8 mm/s; (i) P=1200 W, v=8 mm/s; (j) P=1300 W, v=8 mm/s; (k) P=1300 W, v=6 mm/s; (l) P=1300 W, v=4 mm/s

Fig. 4. Weld cross section, electrical signal, and autocorrelation function of A304 stainless steel and Q235 carbon steel under different heat input processes. (a) P=1000 W, v=12 mm/s; (b) P=1100 W, v=12 mm/s; (c) P=1200 W, v=12 mm/s; (d) P=1300 W, v=12 mm/s; (e) P=1300 W, v=8 mm/s; (f) P=1300 W, v=4 mm/s; (g) P=1000 W, v=8 mm/s; (h) P=1100 W, v=8 mm/s; (i) P=1200 W, v=8 mm/s; (j

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图 5. 等离子体电信号振荡周期τmax与焊缝熔深d的特征关系

Fig. 5. Relationship between plasma electrical signal oscillation period τmax and weld depth d

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图 6. A304不锈钢连续焊接过程的结果。(a)初始阶段电信号;(b)功率增加时的电信号;(c)功率下降时的电信号;(d)整个焊接过程的电信号;(e)自相关函数谱;(f)实际焊缝熔深及预测值

Fig. 6. Results of A304 stainless steel continuous welding process. (a) Electrical signal at initial stage; (b) electrical signal changes with increasing power; (c) electrical signal changes with decreasing power; (d) electrical signal throughout welding process; (e) autocorrelation function spectrum; (f) actual weld depth and predicted value

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图 7. Q235碳钢连续焊接过程的结果。(a)初始阶段电信号;(b)功率增加时的电信号;(c)功率下降时的电信号;(d)整个焊接过程的电信号;(e)自相关函数谱;(f)实际焊缝熔深及预测值

Fig. 7. Results of Q235 carbon steel continuous welding process. (a) Electrical signal at initial stage; (b) electrical signal changes with increasing power; (c) electrical signal changes with decreasing power; (d) electrical signal throughout welding process; (e) autocorrelation function spectrum; (f) actual weld depth and predicted value

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表 1恒定热输入条件下的焊接参数

Table1. Welding parameters for constant heat input process

ExperimentalmaterialLaserpowerP /WWeldingspeed v /(mm·s-1)Argon gasflow Q /(L·min-1)
A304 stainless steel1300425
A304 stainless steel1300625
A304 stainless steel1300825
A304 stainless steel13001025
A304 stainless steel13001225
Q235 carbon steel1300425
Q235 carbon steel1300625
Q235 carbon steel1300825
Q235 carbon steel13001025
Q235 carbon steel13001225
A304 stainless steel10001225
A304 stainless steel11001225
A304 stainless steel12001225
A304 stainless steel13001225
A304 stainless steel14001225
Q235 carbon steel1000825
Q235 carbon steel1100825
Q235 carbon steel1200825
Q235 carbon steel1300825
Q235 carbon steel1400825

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表 2可变热输入条件下的焊接参数

Table2. Welding parameters for varying heat input processes

ExperimentalmaterialLaserpowerP /WWeldingspeed v /(mm·s-1)Argon gasflow Q /(L·min-1)
A304 stainless steel1100→1400→1100825
Q235 carbon steel1100→1400→1100625

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许赛, 杨立军, 徐书峰, 黄一鸣, 赵圣斌, 李珊珊. 激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系[J]. 中国激光, 2020, 47(1): 0102006. Sai Xu, Lijun Yang, Shufeng Xu, Yiming Huang, Shengbin Zhao, Shanshan Li. Relation between Plasma Electrical Signal Oscillation and Weld Depth in Laser Deep Penetration Welding[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(1): 0102006.

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