铝合金双光束/单光束激光-TIG复合焊

针对4mm厚5A06铝合金,分析了双光束光纤激光-TIG复合焊的焊缝成形特点、气孔率、匙孔动态特征及接头力学性能,并与单光束光纤激光-TIG复合焊对比。结果表明,在获得相同焊缝背面熔宽条件下,与单光束激光-TIG复合焊相比,双光束激光-TIG复合焊的焊缝背面成型连续性、均匀性更优且熔宽波动较小,焊缝气孔率降低50%以上,激光匙孔开口面积平均值更大,波动变异系数更小;双光束激光-TIG复合焊接头抗拉强度、断后伸长率、显微硬度、组织与单光束激光-TIG复合焊结果差别不大。     

铝合金双光束激光焊接过程稳定性分析

从成形、气孔、熔深的波动、激光匙孔、光致等离子体、飞溅等方面研究了铝合金高功率单光束激光和双光束激光焊接过程的稳定性。结果表明,在相同工艺参数下,双光束激光焊缝表面成形明显优于单光束,熔深的波动较单光束小;在相同工艺参数及相同熔深条件下,双光束焊缝气孔率较单光束小,小孔及等离子体的波动周期较单光束长,面积波动变异系数较单光束小,飞溅较单光束更加细小均匀。     

铝合金激光-MIG复合填丝焊稳定性分析

通过与铝合金激光-MIG复合焊方法相对比,主要研究了铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形、熔深稳定性、余高稳定性、焊缝气孔率、激光匙孔特征、等离子体特征. 试验结果表明,在合适的工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊焊接过程稳定,焊缝成形良好,额外填入的焊丝可以连续稳定地过渡到熔池中,激光匙孔具有明显的形成、长大、湮灭周期性变化特征;相同工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝熔深稳定性、余高稳定性与激光-MIG复合焊相当,激光匙孔开口面积约增加15.34%,等离子体+电弧总面积约增加1.95%.     

双光束激光填丝焊工艺对铝合金焊接气孔率的影响

以LF6铝合金为材料,CO2激光为热源,开展了双光束激光填丝焊气孔特性分析.与单光束激光填丝焊及双光束自熔焊相比,双光束激光填丝焊能够抑制气孔的产生,尤其是并行双光束激光焊抑制气孔效果更明显.在此基础上进一步分析了保护气体成分和激光能量对焊接气孔率的影响.结果表明,采用氦气保护时,等离子体对激光的屏蔽作用小,能够稳定焊接过程;激光功率过大或者过小都会导致匙孔的不稳定,造成焊缝气孔率增加.     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响，进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响，并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明，电弧预熔丝激光焊过程中，熔池表面匙孔开口尺寸变化不大，匙孔较为稳定；激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近，焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比，电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入，与匙孔边缘的距离较远，匙孔稳定性较好，焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时，电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好；而激光填丝焊焊缝背面成形不连续，并且出现了未焊透的缺陷.     

热输入对2219铝合金激光镜像焊接匙孔动态特征的影响

针对2219铝合金激光镜像焊接过程,建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型,对匙孔动态特征进行定量求解与分析.结果表明在激光镜像焊接过程中,两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动.匙孔耦合前,两侧匙孔横截面面积差异较小,最多相差仅0.35 mm²;匙孔耦合后,匙孔横截面面积持续增加,并于120 ms后在一定范围内波动.热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大,并提高匙孔稳定性,其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大,焊接速度对匙孔开口面积影响较大,基于上述规律总结出针对6 mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.     

双光束激光-TIG复合焊电弧特性分析

从TIG电弧波动特征方面分别研究了铝合金高功率单光束激光-TIG复合焊和双光束激光-TIG复合焊焊接过程的差别。试验结果表明,双光束-TIG复合焊的电弧电压分布更集中,即双光束-TIG复合焊的电弧电压相对稳定。在试验条件下,当焊接参数相同时,双光束-TIG电弧电压的变异系数随激光功率的增加而减小,单光束-TIG的电弧电压变异系数随激光功率的增加而增加,并且在激光功率密度较小时,单光束-TIG的电压变异系数小于双光束-TIG及单TIG。在激光功率密度较大时,电压变异系数为单光束-TIGTIG双光束-TIG;在相同的焊接参数下,双光束激光-TIG复合焊的焊缝表面成形较单光束激光-TIG复合焊的均匀连续。     

铝合金激光扫描焊接工艺特性

为减少6061铝合金激光焊接缺陷，提高焊接过程稳定性，采用大功率固体激光光束扫描焊接的方法进行焊接工艺开发. 结果表明，当工艺参数在扫描幅度为0.5 ~ 0.7 mm，扫描频率为100 ~ 200 Hz范围内时可以获得质量较高的焊缝. 激光扫描焊接可以明显抑制等离子体的生成，其尺寸相对于常规激光焊接的2/3，其面积变化标准差约为常规激光焊接的1/2. 相对于常规激光焊接技术，激光扫描焊接过程中熔池形状稳定保持圆状，匙孔在其中沿逆时针方向稳定运动，其面积约为常规激光焊接中匙孔面积的2倍.     

并行双光束激光焊接匙孔瞬态振荡和熔池流动行为数值模拟——I.模型的建立和匙孔瞬态行为

建立了并行双光束激光焊接匙孔瞬态振荡和熔池流动行为的三维数学模型,模拟了并行双光束激光焊接过程中匙孔瞬态行为.结果表明,并行双光束激光焊接过程中,匙孔形貌演化过程复杂,其深度随时间的变化具有阶段性和一定的周期性;深度的振荡频率与单光束激光焊接在数量级一致,可达到数千赫兹;焊接速度增大,匙孔深度振荡的振幅将减小,当焊接速度增大到一定程度时,匙孔甚至可能处于稳定状态;光斑间距过大或者过小,匙孔深度振荡的振幅将变大;光斑间距太大时,熔深存在着较大的起伏.     

30 kW光纤激光焊接铝合金离焦量对匙孔行为的影响

针对30 kW光纤激光焊接铝合金焊缝成形差的问题，采用高速摄像拍摄焊接过程中的熔池及匙孔图像，对比研究了不同离焦量对匙孔行为的影响。结果表明，离焦量对匙孔及熔池行为的影响较大；正离焦时，匙孔开口面积的波动程度较为剧烈，匙孔后壁易形成向上涌起的液柱，并伴随有大量飞溅的产生，匙孔开口面积的大幅度突变和液柱的回落过程会对液态熔池的稳定流动产生较大干扰，使焊缝表面出现凹陷和咬边等缺陷；负离焦时，匙孔开口面积在波动幅度和突变持续时间上均较小，-20 mm离焦量时，匙孔突变的扩大-收缩持续时间仅为正离焦量的1/3，且液态金属上涌形成液柱的趋势也较小，焊接过程更稳定，焊缝表面成形的质量得到了明显改善，单道激光焊缝熔深可达29 mm。     

Characteristic of laser-MIG hybrid welding with filling additional cold wire for aluminum alloy

The weld appearance,deposition rate,welding efficiency,stability of arc,laser keyhole characteristic,and weld property were studied by using a novel laser-MIG hybrid welding process with filling wire of aluminum alloy. The results were also compared with those by conventional laser-MIG hybrid welding process. It was found that with the suitable process parameters this novel welding process for aluminum alloy was stable and final weld bead had fine appearance. Compared to conventional laser-MIG hybrid welding process,during this novel welding process the stability of arc,the laser keyhole characteristic and the weld property were similar,while the keyhole cycle frequency and keyhole opening area had differences of 1. 23% and 15. 34%,respectively,and the welding efficiency increased by about 31% without increasing heat input.     

Coaxial hybrid process of hollow cathode TIG and YAG laser welding

To make progress in laser-arc hybrid welding, especially when applied to thick steel plate, it is essential to get the remarkable synergic effect of deep penetration. It is suggested that the effective process is combining hollow cathode TIG with high beam quality laser welding. Penetration of hollow TIG/YAG hybrid welding was investigated by numerical analysis. A keyhole surface model taking into account the laser beam parameter product (BPP) was developed. The calculated keyhole surface profiles of coaxial hybrid welding are wider and deeper than that of YAG laser welding alone. As a result, single-pass butt welding of 20 mm thickness steel plate was achieved under the conditions of BPP = 0.9 mm mrad at laser power 1.8 kW. To confirm numerical results, coaxial hybrid welding tests with a hollow cathode TIG was conducted. The welding penetration was about two times as deep as a YAG laser alone. It was found that coaxial hybrid welding with hollow TIG/YAG had a large synergic effect.     

TC4钛合金光纤激光摆动焊抑制小孔型气孔的原因分析

采用光纤激光器对8 mm厚TC4钛合金板进行振镜摆动焊接,采用光谱仪和高速摄像机采集等离子体的光谱、图像及小孔的图像,分析摆动焊接抑制小孔型气孔的原因.结果表明,摆动光束对抑制钛合金小孔型焊接气孔具有显著作用;光束未摆动焊接时,焊缝中的气孔率达9.8%;光束摆动后焊缝中的气孔率均降低,其中焊接参数为5 kW、2 m/min,摆动参数为80 Hz、0.5 mm时,小孔形气孔被完全抑制.与光束未摆动相比,光束摆动焊接的小孔稳定性显著增加,其原因是光束摆动提高了光束与熔池液面的接触面积,金属蒸发增强,驱动小孔张开的径向力和轴向力得以增加.     

辅助增强匙孔气流对激光焊接不锈钢组织和显微硬度的影响

以HR-2抗氢钢为试验材料,利用板条型CO2连续激光器,采用喷嘴在前、入射角为60°的匙孔增强气流,进行了不同参数下的激光焊接试验.结果表明,在气流辅助增强匙孔激光焊中,匙孔气喷嘴在前的布局对熔池扰动小,能获得较好的焊缝成形;与传统激光焊接相比,熔深增加、熔宽明显减小,焊缝形状呈葫芦型,这是匙孔气流压制等离子体、使匙孔向底部凹陷的结果;从焊缝组织来看,增强激光焊焊缝的柱状晶较短小,焊缝中心呈现等轴晶形态,属于FA的不锈钢凝固模式.与传统激光焊不同,气流辅助增强匙孔激光焊的焊缝、热影响区显微硬度与母材相当,这可能是引入的增强匙孔气流改善了焊缝金属的冷却条件,更少铁素体析出的结果.     

激光扫描焊接熔池及等离子体动态行为

以5A06铝合金为试验材料，采用高速摄影技术对激光扫描焊接过程中的熔池及等离子体羽辉动态行为进行拍摄，对比分析了常规单激光焊接与激光扫描焊接条件下的熔池表面流动特征和等离子体羽辉波动特征. 结果表明，一定条件下的摆动激光光束相比于单激光光束，能够极大地增强等离子体羽辉的稳定性，延长其存在周期，同时熔池流动的方向性增强，稳定性提高，整个焊接液态熔池表面不存在“回流”现象，熔池流动产生的流体动压力对匙孔的冲击力作用降低，匙孔的稳定性提高.     

激光焊接不锈钢微间隙焊缝偏差小波变换检测法

针对大功率(激光功率10 kW)光纤激光焊接304不锈钢间隙小于0.1 mm的紧密对接焊缝,研究一种基于小波变换的焊缝偏差检测方法. 为了分析焊缝偏差特征细节,采用红外传感高速摄像机摄取焊接区域熔池红外热像,利用小波函数对熔池图像感兴趣区域进行多尺度分解. 定义小波变换后的高频分量极值的横坐标作为匙孔形变参数,以匙孔形变参数作为特征值,分析特征值和焊缝偏差之间的关系. 结果表明,匙孔形变参数与焊缝偏差之间存在密切关联,能有效判断和检测焊缝偏差.     

Pore formation during continuous wave Nd:YAG laser welding of aluminium for automotive applications

Summary

Pore formation is an important concern in laser welding of automotive aluminium alloys. This paper investigates the influence of laser beam defocus on pore formation during continuous wave Nd:YAG laser welding of 5182 and 5754 automotive aluminium alloys. It was found that the instability of the keyhole during welding was a dominant cause of pore formation while hydrogen rejection played an insignificant role. The defocusing of the laser beam greatly affected the stability of the keyhole. Finally, the mechanism of keyhole collapse and pore formation is proposed.