2198-T851铝锂合金激光焊接工艺研究

铝锂合金被认为是在航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。采用高功率光纤激光器焊接1.76mm厚的2198-T851铝锂合金,研究填充ER4047焊丝时激光功率、焊接速率和送丝速率对焊接热裂纹和焊缝组织的影响,以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,当激光功率为4kW,焊接速率为4m/min,送丝速率为4m/min时,填充ER4047焊丝焊接可获得成形良好且无宏观裂纹缺陷的焊接接头。接头的平均抗拉强度为342MPa,拉伸断裂后接头断裂强度达到母材的65.4%,熔合区为薄弱部位。     

2195-T8铝锂合金激光填丝双面焊熔池行为与接头力学性能研究

铝锂合金以其质轻、高强、耐腐蚀等优势成为新一代航空航天应用材料,与其他铝锂合金相比,2195-T8铝锂合金焊接性能最优。基于液体火箭贮箱连接处的焊接需求,采用激光填丝双面焊接可以获得质量较好的接头。针对焊接过程中熔池内流体流动与温度的变化,建立了热-流耦合数学模型,通过数值模拟的方法对2195-T8铝锂合金焊接过程进行了研究,而后开展了接头轴向拉伸强度测试实验,阐明了焊接速度与填丝速度对熔池成形、流动与热输入的影响,并得到了不同焊接工艺参数下的最高接头强度。研究结果表明：4组不同焊接工艺参数下,第一面焊接与第二面焊接的熔池内流体流动趋势基本一致,主要为熔池左侧的顺时针涡流与右侧的逆时针涡流;提高焊接速度或填丝速度可以改善熔池成形质量,降低熔池热输入,细化焊缝熔合区中以柱状晶为代表的晶粒,进而有效提升接头力学性能;通过对4组不同焊接工艺参数的数值模拟与实验结果进行对比分析,最终得到熔池成形质量最好、热输入最小的焊缝,其接头轴向拉伸强度高达426.4 MPa,为母材强度的72.6%,对应的焊接速度与填丝速度分别为50 cm/min、1.8 m/min。     

2195铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接组织与性能分析

2195-T87铝锂合金是轻质高强的新一代航空材料，但相比于传统铝合金，铝锂合金的焊接难度更高。基于铝锂合金蒙皮-桁条结构的焊接需求，采用激光束圆形摆动的方式配合Al-Si焊丝对2195-T87铝锂合金T型接头进行双侧激光摆动焊接，对比摆动激光焊接与无摆动激光焊接所得接头的焊缝成形与组织特征，并探讨了热输入、摆动频率以及摆动幅度对焊缝成形质量的影响，最终获得了优化工艺参数下的接头横向与轴向拉伸强度，分析了通过光束摆动改善焊缝成形质量、提高接头强度的效果。结果表明，采用高焊速、低热输入与中等摆动幅度和摆动频率的双侧激光摆动焊接可改善焊缝表面成形质量，抑制气孔生成，细化焊缝晶粒，缩小等轴细晶区尺寸，进而提高接头的横向与轴向拉伸性能，所得接头的最大轴向拉伸强度为267 MPa,横向拉伸强度为420 MPa,对比无摆动焊接分别提高了123 MPa和95 MPa,达到了母材强度的45%和70%。     

低合金高强钢激光填丝焊接工艺稳定性及组织性能研究

试验采用激光填丝焊接方法对低合金高强钢进行焊接,利用高速摄像研究了激光功率、送丝速度和离焦量等工艺参数对焊接过程稳定性的影响,并以优化的工艺参数获得了良好的焊接接头。结果表明：减小激光功率或增加送丝速度都能降低气孔率;当离焦量为0 mm时,气孔率最低。焊接稳定性依赖于熔滴过渡模式,当熔滴过渡模式为液桥过渡时,激光填丝焊接稳定性得到改善。激光填丝焊接接头的丝材熔化区为奥氏体和马氏体双相组织,激光作用区为马氏体单相组织,激光区显微硬度高于丝材熔化区。     

6061-T6铝合金高速高功率CO_2激光填丝焊接性的研究

为实现6061-T6铝合金薄板的高速高功率CO2激光填丝焊接,选用了ER4043,ER5356两种焊丝进行了焊接性试验。利用鱼骨状试样对两种焊丝的激光焊接铝合金6061-T6的热裂纹敏感性进行了分析;利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计以及万能材料试验机分析了焊接接头的组织与性能。研究结果表明,与填充ER5356焊丝相比,填充ER4043焊丝的焊接接头热裂纹敏感性较低,焊接速度可达6 m/min。焊缝主要是柱状晶、等轴晶及少量树枝晶,显微硬度在60~80 HV,拉伸强度可达240~262 MPa,弯曲性能良好。     

基于AlCu焊丝的铝/钢激光-CMT复合熔钎焊工艺及性能分析

采用AlCu焊丝对铝/钢异种金属进行激光-CMT复合熔钎焊试验,系统研究复合焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律,分析接头的硬度分布、微观结构及拉伸性能。研究结果表明：提高激光功率、增大送丝速度或降低焊接速度均可以提高铝在钢侧的润湿铺展效果,获得了优化的复合焊接工艺参数：激光功率2 100 W、送丝速度4.0 m/min和焊接速度1.0 m/min。铝/钢界面金属间化合物呈现双层结构,靠近钢侧为板条状,靠近铝侧为针尖状,在最佳复合焊接工艺参数下的金属间化合物层厚度约为2.1μm,相组成为Fe₄Al₁₃、Fe₂Al₅、FeAl₃和Al₂Cu。接头的平均抗拉强度约为164.9 MPa,可以达到铝合金母材的67.3%,断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂模式。     

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。     

IC10单晶高温合金激光焊裂纹及显微组织的研究

利用激光焊工艺焊接了IC10单晶高温合金,分析了焊接速度对接头焊缝成形、横截面形貌以及显微组织的影响。结果表明,随着焊接速度的减小,焊缝的表面和背面宽度增大。不同焊接速度下焊缝的横截面均呈典型的"酒杯"状。焊缝主要由细晶区和胞状晶以及柱状晶组成。不同焊接速度下的焊缝中均存在沿晶界扩展的焊接裂纹。接头中晶粒的生长方向趋于一致,从而增大了接头裂纹的敏感性。     

2060铝锂合金激光焊接等轴晶带及其形成机理

基于航空航天领域减重的需求,铝锂合金激光焊接越来越受到国内学者的广泛关注。对2 mm厚2060-T8铝锂合金进行激光平板对接焊和焊缝微观组织形貌分析,并通过熔池流动机制解释铝锂合金熔焊焊缝边缘等轴细晶区(EQZ)的形成机理。分析认为,激光热作用及熔池对流的影响导致焊缝边缘不同区域异质形核质点的数量与分布有所不同,使上部EQZ宽度较窄,"腰部"EQZ宽度相对较大。此外,根据熔池流动机制,在焊缝边缘上部及"腰部"的部分形核质点会沿上熔合线切线方向被带入熔池,并在此基础上形核长大形成一条延伸至焊缝内部的等轴晶带。     

A7N01铝合金光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接工艺研究

采用光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接4mm厚的A7N01铝合金,研究了焊接电流、焊接速度对焊缝成形及气孔的影响规律,同时分析了优化工艺参数条件下焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,随着焊接电流的增加,焊缝正面熔宽增加,背面熔宽基本不变;而焊接速度降低,焊缝正面和背面熔宽均增加,焊缝内部气孔减少;且在激光功率为6kW、焊接电流为180A、焊接速度为4m/min、送丝速度为4m/min时,获得成形良好内部无缺陷的焊接接头;焊缝横截面呈典型的上宽下窄的特征,从熔合线至焊缝中心,焊缝显微组织依次为细小等轴晶、柱状晶、等轴树枝晶形态,且焊缝中心的等轴树枝晶晶粒尺寸自上而下逐渐减小,二次枝晶逐渐弱化;焊缝区的硬度值低于母材,存在接头软化现象,其接头抗拉强度均值为369.8 MPa,约为母材的83%,延伸率约为4.0%,拉伸断裂于焊缝区,拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。     

5083铝合金光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius Magic Wave 3000 job数字化焊机, 对4 mm厚5083H116铝合金进行了复合填丝焊接试验。研究了光丝间距和送丝速度等工艺参数对光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接的影响, 并分析了焊接结果及接头力学性能。结果表明, 该复合填丝焊接方法能够获得比较稳定的焊接过程, 得到成形良好的焊缝, 消除了复合焊接时表面下凹等缺陷, 焊缝无气孔和裂纹;接头抗拉强度为331 MPa, 达到母材强度的97%, 延伸率为9.6%。     

钛合金激光填丝焊接

在大量工艺实验的基础上，研究了钛合金激光填丝焊接中影响焊接过程稳定性的主要因素和影响焊缝成形的主要工艺参数，获得了一定条件下送丝速度与焊接速度的合理匹配范围。研究结果表明，熔滴过渡方式和离焦量是影响焊接过程稳定性的主要因素，送丝速度和焊接速度是影响焊缝成形的主要工艺参数，为了获得良好的焊缝成形，送丝速度与焊接速度必须合理匹配。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

5083铝合金厚板超窄间隙激光填丝焊成形缺陷研究

针对5083铝合金厚板激光焊接中易出现的未熔合倾向和气孔缺陷问题,利用光纤激光对厚度为20mm的5083铝合金进行了超窄间隙填丝焊接试验。分析了激光功率、焊接速度和送丝速度对未熔合倾向和气孔缺陷的影响。结果表明,增加激光功率、减小焊接速度或送丝速度将会减小未熔合倾向;气孔缺陷将随激光功率和焊接速度的减小而减小,随送丝速度的增加先减小后增大。采用优化的工艺参数,即光丝间距为+1 mm、焊接速度为0.42m/min、激光功率为3.8kW、送丝速度为3.5m/min、离焦量为+20mm,实现了深度为17mm的超窄间隙坡口的5083铝合金激光填丝焊接,焊缝无未熔合缺陷,气孔率减小至0.25%。     

A7N01铝合金激光-MIG复合焊接焊缝成形与组织性能研究

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。     

铝合金T型接头激光双侧填丝焊接工艺研究

以2 mm厚6056铝合金为试验材料,采用激光双侧填丝焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,主要研究了光束入射角度、光束入射位置、送丝速度与焊接速度等工艺参数对焊缝成形的影响;分析了T型接头焊缝的显微组织特征与拉伸性能.试验结果表明:光束入射角度过大时,两侧焊缝重合面积较小且蒙皮热变形较大;当光束入射位置偏移立筋0.2～0.3 mm时可以显著改善蒙皮背部的热变形.焊缝中心组织与两侧无明显差别,均为细小的等轴晶.焊缝熔深是T型接头拉伸载荷的重要影响因素,接头起裂于蒙皮焊趾处,断裂于焊缝与母材金属之间的熔合区.     

激光焊接铸造镍基高温合金工艺研究

研究了铸造镍基高温合金（Ｋ３）激光焊接时工艺参数对焊缝熔深及熔宽的影响．讨论了焊缝及热影响区产生热裂纹的机制及防止措施．结果表明，采用合适的激光焊接工艺可得到有较高强度、没有裂纹和气孔等焊接缺陷的接头．     

高温合金-不锈钢异种金属光纤激光焊接试验研究

采用光纤激光对GH3128与304不锈钢进行对接焊,研究了焊接速度、激光作用位置等工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响规律。结果表明:通过工艺参数优化,可以获得无气孔、裂纹等缺陷的焊接接头。焊接速度较低时,焊缝上下部的熔宽较大,随焊接速度的提高,焊缝下部的熔宽减小到与中部相当,随激光作用位置向不锈钢侧靠近,接头强度和延伸率降低。当激光作用于GH3128侧,在焊接速度小于2m/min时,焊接接头拉伸试验时断于304不锈钢母材:当焊接速度为3m/min时,焊缝存在未熔合,接头强度仅为母材的37%。     

高温合金/不锈钢异种材料T型接头激光穿透焊工艺研究

针对飞行器发动机水冷壁结构,进行了GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊试验,主要研究了焊接参数对焊缝成形和焊接裂纹的影响规律,分析了焊接裂纹形成原因,得到了较合理的焊接工艺区间。结果表明,对于GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊,连续焊比脉冲焊更易实现稳定焊接,获得良好焊缝成形。焊接裂纹是接头主要缺陷裂纹都在高温合金一侧产生,控制激光功率、保证对中可降低裂纹产生概率。焊接接头的另一种缺陷是表面下塌,保证间隙小于0.2mm可抑制下塌缺陷的产生。对由41条焊缝组成的模拟件进行了10MPa,5min水压测试,每条焊缝都满足要求。     

Zr基大块非晶合金的激光焊接

采用激光焊接技术,对Zr基大块非晶合金(BAA)Zr45Cu48Al7(原子数分数(%))进行了焊接实验,研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响,初步探讨了在焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明,在激光输出功率1200 W,焊接速率8 m/min的条件下,成功地获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝和热影响区均没有出现晶化现象,仍然保持非晶结构。而当激光输出功率不变,焊接速率分别为2 m/min,4 m/min的工艺条件下,焊接后的接头则出现了不同程度的晶化现象。利用光镜和微区X射线衍射(XRD)实验分析确定:2 m/min条件下焊缝和热影响区均出现了晶化现象,晶化相主要为ZrCu相和Zr38Cu36Al26相(5τ);4 m/min条件下焊缝未出现晶化现象而热影响区出现晶化,晶化相主要为ZrCu相和5τ相。