薄壁构件激光修复焊时的变形与其控制研究.pdfVIP

第十一次全国焊接会议论文集 薄壁构件激光修复焊时的变形及其控制研究 温鹏张旭东陈武柱 (清华大学机械工程系、北京、100084) 摘要：针对激光修复焊接薄壁构件时产生的乐曲变形现象进行r实验研究，分析丫_[艺参数及拘束条件埘变形的 影响规律，并采用改进的背面动态冷却方法对变形进行控制，研究_r冷却条件对最终变形控制效果的影响．结果袭 l圳，通过动态冷却或机械约束的办法，对激光作用于1．5ram薄板产生的压IffI变形可以获得良好的变彤挣制效果． 关键{司：激光修复焊接压f}li变形动态冷却拘束 魄 1．前言 内因其膨胀受制而产生的塑性压缩应变是导致 随着工业技术的发展，薄壁结构的应用日趋 焊接应力和应变产生的主要原因15】． 广泛，特别是在航天和汽车一【业中，出于减轻重 薄板在激光加熟后会出现很大的变形，其原 量，提升动力的考虑，生产中丈量地采用了薄璧 理可分为两部分：一是由上述压缩塑性变形机制 结构件：同时随着激光表面堆焊和激光表面熔覆 带来的应力和应变；二是薄板失稳而产生压曲变 等表面修复技术的日趋成熟．提高了机械零件寿 Distortion)理论，实质是板壳理论 形(Buckling 命，降低了工业成本。因此薄壁构件表面修复具 中所研究的薄板屈曲问题．薄板焊接结束后，在 有巨大的应用前景，但是薄壁构件经热加工后产 焊缝及近缝区呈现拉应力，在远离焊缝区为压应 生的残余应力和失稳压曲变形限制了它的应用。 力，整体板件保持力学平衡。如果焊件中的压应 自上世纪50年代Watanabe和Satoh在焊接 力值大于其临界失稳应力值，则板件发生压曲变 中碳钢薄板时观察到压曲变形至今国内外已经 形，而一旦压曲变形发生，试件表现为纵向凸起 有诸多学者对薄板压曲变形展开研究，取得了一 的很大挠度。 些进展。例如美国C．L．TSAI和P．Michaleris分 别通过有限元分析对造船工业中常用带T形肋 3．压曲变形实验和结果分析 板的薄板进行了压曲变形分析，对发生压曲变形 3．1压曲变形 时临界应力和失稳后试件变形形状进行了研究 实验选用1．Smm厚304不锈钢作为试件， p-zl，P．Michaleris还探讨了通过热拉伸控制压曲并在焊接前将试件制作成50·300ram2(整件) 变形的方法【3】。我国关桥等利用温差拉伸畸化焊 和50150ram2(半件)两种，为了提高试件对 接温度场，即通过施加热源或冷源的办法来减小 激光的吸收率，预先在试件表面涂覆一层增强涂 焊缝高温区井对焊缝进行拉伸补偿，从而将焊接 料。激光器为美国PRC生产的C02激光器(擐 残余应力降低至临界失稳应力以下，得到薄板焊 高功率3000w)．由于在激光表面修复过程中， 接时的低应力无变形效果【．1。然而国内外对于激 首先是激光在工件表面形成熔池，而后是修复材 光处理1．5mm以下较薄构件时的变形很少有文料(焊丝，粉末等)加入熔池与母材形成冶金结 献论及。本文对激光作用于1．5薄板时压曲变形 合，故而为简化实验过程，模拟修复时采用的：L 进行分析从而