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高频微振激光焊接工艺研究及数值模拟

高频微振激光焊接工艺研究及数值模拟

作者：彭必荣上海工程技术大学

学位级别：硕士

激光焊接在现代工业生产中应用十分广泛,其高效、快速、灵活的加工特点使其能够很好的应用于汽车制造、航空航天、海洋船舶以及能源工业等领域。振动焊接工艺能够有效细化焊接接头组织,降低焊后工件的残余应力,减小焊接角变形,提高焊接... 详细信息

激光焊接在现代工业生产中应用十分广泛,其高效、快速、灵活的加工特点使其能够很好的应用于汽车制造、航空航天、海洋船舶以及能源工业等领域。振动焊接工艺能够有效细化焊接接头组织,降低焊后工件的残余应力,减小焊接角变形,提高焊接质量。本文结合激光焊接和振动焊接,探讨高频微振激光焊接的工艺特点。采用数值模拟的方法,利用ANSYS大型有限元分析软件对高频微振激光焊接过程中形成的焊接温度场、焊后工件上残余应力以及焊接角变形进行模拟分析。采用热电偶测温法对工件上相关点的焊接热循环曲线进行测量,用盲孔法测定被焊工件指定路径上的横向及纵向残余应力分布,并将实测结果与模拟结果进行对比分析。选用316奥氏体不锈钢作焊接试验材料,模拟试验采用对称方式建模,选用双椭球热源模型,并设置焊接激光功率为3000W,焊接速度为0.025m/s。在焊接温度场的模拟过程中,由于微振动因素对温度场的作用十分有限,忽略其对焊接温度场的影响,模拟得到焊接温度场的中心温度在2106℃左右。应力场的模拟分析采用间接耦合的方法,将温度场模拟的结果作为载荷整体加载到被焊工件上,而将工件谐响应分析后得到的各节点随时间变化的振动位移值作为应力场模拟的边界条件进行加载,模拟分析得到在较高的共振频率下,焊后工件上横向及纵向残余应力较小,且焊接变形较小。焊接工艺试验中,分析不同振动参数条件下激光焊接接头的微观组织形貌及其力学特性,同时用预设试验测量被焊工件上相关点的焊接热循环曲线以及焊后工件上指定路径的横向及纵向残余应力变化。将试验测量结果和模拟结果进行对比发现,实测温度场及残余应力值与模拟结果具有一致性,各项结果误差控制在10%以内,相关曲线的实测结果与模拟结果变化趋势相同,模拟较为合理。同时,通过对比不同振动参数下焊接接头微观组织可以发现,在较高的共振频率下,接头组织晶粒更细,高温铁素体和点状碳化物形成相对较少且更加弥散,并且在高频微振激光焊接条件下得到的焊接接头组织显微硬度有所上升。

关键词：高频微振激光焊接数值模拟温度场残余应力

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机械振动对激光焊接接头组织的影响

机械工程学报 2015年第20期51卷 94-100页

作者：彭必荣卢庆华何晓峰郭崇上海工程技术大学材料工程学院上海201620 上海工程技术大学上海市高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心上海201620

振动焊接工艺能有效细化接头组织晶粒,降低残余应力,提高焊接质量。为了研究振动焊接工艺在激光焊接方面的应用,选用316不锈钢作为试验材料,利用机械振动辅助激光焊接的工艺方法,通过改变机械振动参数和焊接速度,利用光学显微镜和扫描... 详细信息

振动焊接工艺能有效细化接头组织晶粒,降低残余应力,提高焊接质量。为了研究振动焊接工艺在激光焊接方面的应用,选用316不锈钢作为试验材料,利用机械振动辅助激光焊接的工艺方法,通过改变机械振动参数和焊接速度,利用光学显微镜和扫描电镜观察焊后接头组织,对比分析不同振动频率和焊接速度下接头的微观组织形貌。结果表明,机械振动可以细化焊后组织中形成的柱状晶,使柱状枝晶破碎且向不同方向生长,晶轴间与焊缝中心处的等轴晶增加。提高焊接速度后,振动的加入能够细化焊缝区出现的粗大柱状晶。同时,振动可以减少焊后在奥氏体基体晶界处形成的网状高温铁素体和点状碳化物,使其趋于弥散。试验还对焊接接头进行显微硬度测试,发现振动焊接下得到的焊缝区接头组织硬度较高,且较高共振频率下硬度增加明显。

关键词：机械振动激光焊接微观组织

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不同保护气体对连续激光线焊熔池的影响研究

电焊机 2023年第10期53卷 103-108页

作者：肖华彭必荣欧阳忠华大族激光科技产业集团股份有限公司广东深圳518000

为研究低功率光纤激光器连续激光线焊工艺过程中不同类型保护气体对焊接熔池的影响,选用304不锈钢作试验材料,对比无保护气、压缩空气、氮气、氩气和氦气5种保护气体模式下连续激光线焊工艺方式得到的焊缝外观情况及熔池形貌。试验结果... 详细信息

为研究低功率光纤激光器连续激光线焊工艺过程中不同类型保护气体对焊接熔池的影响,选用304不锈钢作试验材料,对比无保护气、压缩空气、氮气、氩气和氦气5种保护气体模式下连续激光线焊工艺方式得到的焊缝外观情况及熔池形貌。试验结果表明,相较于无保护气体模式,保护气体模式下熔池成形更加稳定,焊缝边缘平整,外观缺陷相对较少;在保护气体的作用下,熔池截面呈特殊的“钉头型”。不同类型保护气体会对熔池尺寸产生一定影响。试验条件下,相较于无保护气体,在氮气条件下,焊缝熔宽均值增加44.7%,熔深均值增加16%;氩气条件下,熔宽均值增加55.3%,熔深均值增加8.9%;而氦气条件下,熔宽均值增加59.6%,熔深情况变化不大。焊接氛围气体导热系数、氛围气体电离能和吹气散热效应是导致差异的主要原因。生产中兼顾焊接效果及经济成本,在薄板低功率精密焊接过程中,采用氩气作保护气体是较佳的选择。

关键词：连续激光线焊接保护气体焊缝外观焊接熔池吹气散热效应

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不同冷却条件下激光焊接接头性能研究

机械工程学报 2015年第10期51卷 41-47页

作者：卢庆华郭崇郭屹何晓峰彭必荣上海工程技术大学材料工程学院上海201620 太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

分别利用焊后空冷和随焊水冷两种随焊冷却方式对2 mm厚低碳钢板进行光纤激光焊接。选择不同激光功率、焊接速度和离焦量进行试验。分析焊后空冷条件下和随焊水冷条件下两种焊接接头成形、金相组织和显微硬度。研究结果表明,随焊水冷条... 详细信息

分别利用焊后空冷和随焊水冷两种随焊冷却方式对2 mm厚低碳钢板进行光纤激光焊接。选择不同激光功率、焊接速度和离焦量进行试验。分析焊后空冷条件下和随焊水冷条件下两种焊接接头成形、金相组织和显微硬度。研究结果表明,随焊水冷条件下的焊缝宽度和热影响区宽度分别小于焊后空冷条件下的焊缝宽度和热影响区宽度;在热输入相等和正离焦的前提下,熔宽随着离焦量的减小而增大。两种冷却条件下的焊缝组织为板条状先共析铁素体和珠光体。随焊水冷条件下热影响区晶粒尺寸较焊后空冷下的晶粒有明显细化。空冷条件下焊缝中柱状晶的生长方向与焊缝中心线成70°~80°,而随焊水冷条件下的柱状晶生长方向几乎与焊缝中心线垂直。焊后空冷和随焊水冷的焊缝区域平均硬度分别为316.7 HV0.2和331.5 HV0.2,均高于母材硬度平均值181.8 HV0.2;同时,随焊水冷条件下焊缝硬度稍高于焊后空冷条件下的焊缝硬度。

关键词：空冷水冷光纤激光焊接组织分析

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激光软钎焊在微电子焊接领域的应用及发展

电焊机 2023年第10期53卷 65-70,89页

作者：彭必荣肖华欧阳忠华李善宇大族激光科技产业集团股份有限公司广东深圳518000

随着现代电子技术的高速发展,微电子焊接领域对工艺可靠性及焊接质量要求相对更高。同时,产品结构精密程度增加、自动化生产要求及加工质量提升给传统微电子焊接工艺带来了更多考验。激光软钎焊作为一种新型微电子连接工艺在很多电子领... 详细信息

随着现代电子技术的高速发展,微电子焊接领域对工艺可靠性及焊接质量要求相对更高。同时,产品结构精密程度增加、自动化生产要求及加工质量提升给传统微电子焊接工艺带来了更多考验。激光软钎焊作为一种新型微电子连接工艺在很多电子领域已成熟应用,相较于传统工艺方式,其非接触式、精准温控加热的焊接工艺特点在很多工艺场合有着明显优势。本文介绍了激光软钎焊工艺的基本原理,并与传统软钎焊形式进行对比,简单介绍了常见的三种激光软钎焊形式及相关工艺特点,列举了激光软钎焊在不同电子封装领域的应用情况及工艺优势。同时,还介绍了激光软钎焊中典型的焊接缺陷形式和当前激光软钎焊工艺难点。

关键词：激光软钎焊精密加工微电子焊接应用与发展

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浅谈数学复习课的有效教学

教育现代化 2016年第15期 164-165页

作者：彭必荣四川省绵阳东辰国际学校

数学复习课是数学课堂教学的重要形式,本文从数学复习课“枯燥、乏味、无激情”的现状出发,进行思考、探究,并对如何提高数学复习课教学效率提出建议.

关键词：数学复习课有效

来源：博看期刊评论

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社会主义新农村建设中的住宅设计浅析

中华民居(下旬刊) 2013年第9期 47-48页

作者：彭必荣郭波长顺县住房和城乡建设局

随着社会主义新农村建设的不断推进和加快,社会主义新农村建设中的住宅设计显得很重要,农村的住宅设计关系着社会主义新农村建设工作的成效,与农村居民的生产生活息息相关,所以,要提高对农村住宅设计的重视,加大技术投入,改善设计过程... 详细信息

随着社会主义新农村建设的不断推进和加快,社会主义新农村建设中的住宅设计显得很重要,农村的住宅设计关系着社会主义新农村建设工作的成效,与农村居民的生产生活息息相关,所以,要提高对农村住宅设计的重视,加大技术投入,改善设计过程中存在的不足,争取设计出适宜农村居民生产生活的新型农村住宅。

关键词：社会主义新农村建设住宅设计

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多道埋弧堆焊组织及性能研究

上海工程技术大学学报 2015年第3期29卷 258-261页

作者：何晓峰卢庆华彭必荣陈轩张静上海工程技术大学材料工程学院上海201620

在16Mn钢厚板上用多道埋弧焊堆焊一层金属,研究不同焊道之间的热作用对热影响区、焊缝显微组织及显微硬度的影响.结果表明:单道和多道埋弧焊的热影响区都由不完全正火区、正火区和过热区构成.焊缝区组织主要为柱状晶,晶界处为片状先共... 详细信息

在16Mn钢厚板上用多道埋弧焊堆焊一层金属,研究不同焊道之间的热作用对热影响区、焊缝显微组织及显微硬度的影响.结果表明:单道和多道埋弧焊的热影响区都由不完全正火区、正火区和过热区构成.焊缝区组织主要为柱状晶,晶界处为片状先共析铁素体.多道埋弧焊中,受"后热"的焊缝的晶粒有所长大,而受"预热"的焊缝的柱状晶生长受阻并有等轴晶生成.此外,焊缝的显微硬度值取决于不同焊道之间相互热作用及冷却速率.

关键词：多道埋弧焊金相组织显微硬度

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初中生数学建模能力缺失分析及培养对策

数学学习与研究 2016年第16期 138-138页

作者：彭必荣四川省绵阳东辰国际学校

现代信息技术的飞速发展,极大地推进了应用数学与数学应用的发展,使得数学几乎渗透了每一个科学领域及人们生活的方方面面.能用数学眼光看待生活,认识世界,并综合应用数学知识和数学方法,解决实际问题,将成为每个公民应该具备的基本素养... 详细信息

现代信息技术的飞速发展,极大地推进了应用数学与数学应用的发展,使得数学几乎渗透了每一个科学领域及人们生活的方方面面.能用数学眼光看待生活,认识世界,并综合应用数学知识和数学方法,解决实际问题,将成为每个公民应该具备的基本素养.新课标强调从生产、生活等实际问题出发,引导学生运用数学知识,去解决实际问题,培养应用意识与能力,但从教学的反馈信息看,初中生对应用题普遍感到害怕,特别是对于文字较多、背景复杂的应用题更是束手无策．

关键词：数学建模能力培养对策缺失分析应用意识反馈信息数学应用函数模型隐含条件信息技术实际情境