激光-MIG复合焊接工艺参数对焊缝形状的影响

本文以激光-MIG复合焊焊接工艺参数对焊缝形状的影响为出发点,对复合焊进行了初步的研究。实验研究了激光与电弧之间的距离、离焦量、焊接速度、送丝速度、电弧的类型以及激光的倾斜角度等工艺参数对复合焊焊缝的熔深熔宽的影响。实验表明,激光与电弧之间的距离(DL A)对复合焊的熔深影响较大,在DL A为2mm时,熔深达到最大。离焦量主要是通过影响能量密度来影响熔深和熔宽,在离焦量为+2mm时熔深达到最大,不同于单独激光焊负离焦时熔深最大。焊接速度有一个合适的范围,在这个范围内随着焊接速度的增加,熔深熔宽减少。送丝速度对复合焊的焊缝形状影响最大,送丝丝度较小时焊缝形状类似于单独激光焊;送丝速度过大电弧等离子体屏蔽激光,焊缝形状类似于MIG。激光的倾斜角度对复合焊的焊缝熔深熔宽也有一定的影响,当激光的倾斜角度为10oC时,熔深达到最大熔宽最小。     

低功率YAG激光-MAG电弧复合焊接的研究

本文以低功率YAG激光-MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢为基础,对低功率激光复合焊接中的一些特点进行了初步研究。试验结果表明,焊接速度是复合焊接过程中的一个重要参数,焊接熔深主要由激光的能量决定;低功率复合热源和单MAG焊缝组织都是由奥氏体和枝状的δ-铁素体组成,但在同样的焊接熔深下复合焊接组织晶粒比单MAG焊缝中的晶粒细小;发现复合焊接中由于YAG激光的加入,在激光作用点上方粒子的热运动和电离程度比单MAG焊接强烈;复合焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度大于单MAG焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

工艺参数对激光填丝搭接焊成形的影响

介绍了镀锌钢板激光填丝搭接焊接的方法及设备,对1.0mm镀锌钢发现板与0.7mm普板的搭接接头进行光纤激光填丝焊接。研究了不同焊接参数下焊缝的外观形貌、焊缝宏观截面以及显微组织。发现在合适的工艺条件以及参数下能获得美观的焊缝接头。焊缝显微组织主要为铁素体、珠光体以及贝氏体,填丝焊热影响区比单激光自熔焊要大,其主要组织为粗大铁素体。实验结果显示随着激光功率的增大焊缝熔深熔宽均增大,随着光斑远离焦距位置,焊缝熔宽增大,熔深略减小。随着焊接速度的增大,焊缝熔深减小,熔宽也呈减小趋势。     

CO2激光-MIG复合对接焊熔透工艺

在有坡口间隙对接焊时，焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标。因此研究了CO2激光惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接3 mm厚不锈钢板时激光功率、电弧电流、激光-电弧距离、焊接速度、坡口间隙等工艺参数对根部熔宽的影响，并通过CCD摄像机对焊接过程中的等离子体进行了观察。研究表明，随着焊接参数的变化，CO2激光-MIG复合焊存在四种熔透状态，对某一间隙范围，选择合适的激光功率、电弧电流、激光电弧距离与焊接速度可以获得“适度熔透”的良好根部成形。激光功率、电弧电流过小，速度过大则会产生“未熔透”或“不稳定熔透”，反之则“过熔透”。间隙较大时，激光功率对熔透的影响较小。另外还研究了不同激光电弧距离对等离子体形态及其对熔透的影响。     

万瓦级激光-电弧复合焊接焊缝成形特性分析

为探究万瓦级激光-MAG复合焊接焊缝成形特性，在不同的激光功率下，对比分析了三种不同复合焊接方法在焊缝成形、等离子体形态方面的差异性及关联性。结果表明：随着激光功率变化，焊缝的特征尺寸及波动与等离子体的特征尺寸及波动具有一定的对应关系，具体表现为：随着激光功率增加，等离子体面积及其波动都增加，焊缝熔深、熔宽及其波动均增加；当激光功率增加到20 kW时，等离子体面积及其波动的增量开始减小，焊缝尺寸的增量也开始减小，焊缝成形质量开始变差。激光-单丝MAG复合焊接方法在20、25、30 kW激光功率下的平均熔深增量相比5、10、15 kW下的减小了71.64%。在相同的工艺参数下，与激光-单丝MAG复合焊接相比，激光-单丝MAG复合填丝焊接下的等离子体面积及其标准差显著增加，熔深减小，成形变差，而激光-双丝MAG复合焊接下的等离子形态、焊缝成形变化均不明显。随着激光功率增加，不同的添丝方式体现在焊缝成形及等离子体形态等方面的差异性逐渐增强，当激光功率增加到20 kW时，焊缝熔深以及影响熔深的等离子体面积及其波动的增量有所减小。     

CO2激光-MIG同轴复合焊方法及铝合金焊接的研究

激光电弧复合焊接因其焊接效率高、间隙适应性好、焊缝成分和性能可控等优点正在成为工业生产中最重要的激光焊方法。与目前常用的旁轴激光电弧复合焊相比,激光电弧同轴复合可以在工件表面提供对称热源,焊接质量不受焊接方向影响而适于三维焊接。本论文介绍了作者研制的CO2激光与脉冲MIG同轴复合焊系统,以及用该系统进行的铝合金复合焊接实验。对焊接过程中的基本物理现象进行了观察和分析,测定了焊缝的熔深、熔宽和焊缝断面。结果显示,同轴复合焊可以提高电弧稳定性、提高熔化效率和改善焊缝成形。     

GH909的窄间隙激光-熔化极气体保护焊复合焊接工艺研究

实验上系统地研究了10 mm厚GH909低膨胀高温合金窄间隙激光-熔化极气体保护焊(MIG)复合焊接过程中焊接参数对焊缝形貌的影响。结果表明,当采用10°坡口角度,0.7 mm钝边宽度的坡口尺寸时,焊缝成形较优良;焊缝熔宽会随着焊接速度的增大而减小;光丝间距影响了两种热源的耦合机制,在本次试验条件下,实现最优激光-电弧协同效应的光丝间距为1 mm;适当地增大焊接间隙会提高焊缝的熔深。实验中,在优化的焊接工艺参数下获得了良好的,无明显缺陷的焊缝成形。靠近热影响区的焊缝晶粒垂直熔合线向焊缝中心生长,在焊缝中心相互接触抑制形成柱状晶间。     

高功率光纤激光-TIG复合焊接实验研究

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验;通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态,并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律,并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明,高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%,且基本不受电流大小的影响,焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大;在一定热源间距范围,复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒,从而显著削弱羽辉对激光的影响。     

高速激光电弧复合焊接高强钢焊缝的形貌及成形机理

以3mm厚高强钢为试验材料,采用光纤激光-熔化极稀有气体保护焊电弧复合焊接方法,研究了焊速为5m·min-1时激光功率与电弧电压对焊缝形貌的影响,并与低速焊接中厚板得到的焊缝形貌进行了比较。研究结果表明,增大电弧电压和激光功率均能提高焊接过程的稳定性,获得良好的焊缝成形。在不同的热源位置下,焊缝形貌会出现浅"Y"型和深"Y"型的区别。通过高速摄影发现,当激光前置时,熔滴尺寸较大,且过渡时易发生汽化爆炸,对熔池的冲击较大;当电弧前置时,匙孔稳定存在,液态金属能沿着孔壁向下流淌,增大熔池底部面积。在低速焊接中厚板时,由于焊接线能量及工件的表面张力存在差异,焊缝形貌与高速焊接薄板时得到的形貌不一致。     

10 mm船用钢MAG焊及激光电弧复合焊的对比研究

采用10 kW光纤激光器对厚度10 mm的AH36船用钢进行了激光电弧复合焊试验研究,并与同材料的MAG焊进行对比,分别从焊缝成型、焊缝截面形貌、焊接接头力学性能、样件焊接变形、效率以及成本等多方面进行分析.试验结果表明:选择适当的送丝速度,MAG焊及激光电弧复合焊可分别得到具有良好焊缝成型及截面形貌的焊缝,焊缝强度均...     

高强钢激光-MIG复合焊对接间隙下的焊缝成形机理

采用光纤激光-熔化极稀有气体保护(MIG)复合焊对不同对接间隙下的3 mm厚低合金高强钢进行焊接。在焊接速度恒定的条件下,研究了不同对接间隙下焊缝的成形过程,并与零间隙下相同工艺参数的激光-MIG复合焊的焊缝形貌进行对比。结果表明:在有对接间隙时,焊缝及其热影响区的上下宽度基本一致(呈U形),而在零间隙下,焊缝及其热影响区的宽度均呈上宽下窄(Y形)的形态。焊缝成形机理如下:在激光-MIG复合焊进行有对接间隙的焊接时,电弧等离子体的形态有三种不同的变化(与任一侧试板起弧燃弧形成的"分叉电弧"以及与两试板同时起弧燃弧形成的"十字电弧"),电弧的三种形态不断变化,形成"摆动"态;"摆动"态电弧等离子体的作用是预热和熔化工件侧壁,激光热源作用在熔池上起到加大熔深、稳定电弧和消除电弧热源导致的侧壁未熔合的作用;对接间隙下电弧热源作用的范围较大,使得母材受热更加均匀;与零间隙焊缝相比,有间隙下的焊缝组织更均匀。     

端接接头激光-MAG复合焊熔滴过渡与气孔特征分析

通过端接接头的激光-MAG复合焊接实验,研究了焊接方式、光丝间距、能量输入等对熔滴过渡行为及气孔缺陷特征的影响规律。研究结果表明:激光-MAG复合焊接比单激光焊更适用于端接接头的焊接,可以改善焊缝的成形,抑制气孔缺陷;激光引导方式优于电弧引导方式,得到的焊缝内的气孔缺陷较少;适当增加光丝间距有利于焊接过程的稳定性;电弧能量输入主要影响焊缝形态,而激光能量增加则会阻碍熔滴过渡,并使焊缝底部产生气孔缺陷。     

铝合金CO2激光电弧复合焊保护气体影响研究

为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar):V(He)=5:25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。     

激光-MIG复合焊接熔滴过渡对焊缝表面成形的影响

熔滴过渡特性对于保证激光-电弧复合焊接成形质量十分重要。利用高速摄像机采集激光-熔化极惰性气体保护焊(MIG)复合焊接过程中的熔滴过渡图像,通过图像信号处理方法提取电弧感兴趣区域(ROI区域)面积、熔滴速度、熔滴过渡周期等特征,分析熔滴过渡特征与焊缝成形的关联;利用短时傅里叶变换和谱熵对电弧ROI面积进行时频分析,研究功率谱谱熵与熔滴过渡稳定性之间的规律。结果表明：熔滴过渡频率与熔滴速度有一致的变化趋势,稳定的熔滴过渡能提高焊缝成形的均匀性;功率谱谱熵能表征焊接过程的稳定性,当熔滴过渡失稳时,短时对数功率谱变得紊乱,瞬时谱熵增大,焊缝熔宽减小,表面铺展性降低。     

不锈钢激光-电弧双面焊接头熔化特征分析

在4 mm厚不锈钢激光-电弧双面焊接试验的基础上,研究了激光功率、电弧电流对接头形貌特征和接头特征量的影响规律,并对熔化效率进行了分析。结果表明,在较小的能量匹配下,双面焊接头呈现出激光焊与电弧焊的混合特征,随着热输入的增大,混合特征消失;增大激光功率,可使激光侧焊缝熔宽增加,而电弧侧焊缝熔宽减小,增加电弧电流,可使电弧侧焊缝熔宽增加,而对激光侧焊缝影响很小;激光功率和电弧电流增加都对焊缝中部最小熔宽有明显的增加;中部最小熔宽的深度随激光功率增加而增加,而电弧电流则起到相反的作用。在非熔透条件下,激光对电弧焊的熔化效率影响很明显,而电弧对激光焊的影响很小;在熔透条件下,增加激光功率、电弧电流对激光电弧双面焊的熔化效率都有显著的提高。     

6082铝合金激光-MIG复合焊工艺组织及性能研究

以3 mm厚6082-T6铝合金为母材进行激光-MIG复合焊接,研究激光功率与送丝速度对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响,并对不同功率下的焊接接头进行气孔缺陷分析。结果表明,在激光功率为1 900 W、送丝速度为4 m/min时,焊缝成形最好,接头显微硬度从母材到焊缝中心呈现先减小后增大的趋势,热影响区处存在软化现象,接头抗拉强度可达313 MPa,延伸率达6.18%。焊缝中心组织为细小等轴晶粒,熔合区为垂直于熔合线生长的柱状晶。另外,随着激光功率的不断增大,接头气孔数量、尺寸及气孔率均随之增大。     

基于响应面法的DP800车用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝成形研究

为了优化DP800车用高强钢复合焊接的焊缝成形和工艺参数,基于响应面法建立了激光-电弧复合焊接主要工艺参数与焊缝特征参数之间的数学模型,并进行了方差分析。以特定熔深和最小化熔宽为目标,对激光功率、焊接电流、焊接速度进行了优化,得到最优工艺参数,并进行了试验验证。研究结果表明：激光功率和焊接电流与焊缝熔深呈正相关,焊接速度与焊缝熔深呈负相关;随着焊接电流的增加或焊接速度的降低,焊缝熔宽逐渐增大,激光功率几乎不对熔宽产生影响。在最优工艺参数下通过试验验证了模型的准确性,熔深和熔宽的误差率均在5%以内。     

不锈钢薄板非熔透激光搭接焊热源模型

基于不锈钢薄板非熔透CO_2激光搭接焊和光纤激光搭接焊获得的实际焊缝形状,采用表面高斯+柱状体复合热源模型,得到热源比例系数分别为0.85和0.70。对其余4个热源描述参数,包括高斯热源半径和深度、柱状热源半径和深度进行正确设置,就可以获得不同焊接功率和焊接速度下,搭接焊缝形状表征参量(表面缝宽、中间熔宽和熔深)的变化规律。模拟结果与试验结果符合很好。     

热源空间位置对激光电弧复合焊接焊缝成形的影响

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。