光束摆动对Ti60合金激光焊能量分布及焊缝成形的影响

对2.0 mm厚Ti60合金进行激光摆动焊接,研究光束圆形摆动时摆动频率和摆动幅值对焊缝成形及能量分布的影响.结果表明:相较常规激光焊接,激光摆动焊接可以明显改善Ti60合金焊接接头焊缝成形;光束摆动参数对焊缝成形的影响与激光能量分布密切相关,可通过调整能量分布控制焊缝成形.当摆动频率为100～150 Hz,摆动幅值为0.5～1.0 mm时,激光能量分布相对均匀,可获得焊缝成形良好的Ti60合金激光焊接接头.与常规激光焊缝相比,摆动焊缝熔宽增加约30%,整体飞溅数量减少30%以上,为对接焊缝提供了更大的间隙适应性并有效改善了焊接质量.在光束摆动参数中,摆动幅值对焊缝成形特征及能量分布的影响更明显.     

激光摆动焊接工艺参数对高强钢气孔率和焊缝成形的影响

以10Ni5CrMoV高强钢钢板为研究对象,开展了激光摆动焊接过程中摆动轨迹、摆动幅度、摆动频率对焊缝成形和气孔率影响的研究。结果表明,几种激光摆动焊接焊缝的气孔率低于激光不摆动焊接,其中,垂直轨迹抑制气孔产生的效果最为显著。在垂直摆动轨迹下,30～90 Hz范围内,随着频率的增加,焊缝熔宽基本不变,焊缝熔深略有增加。当摆动频率在90～150 Hz范围内,随着摆动频率的增加,焊缝熔宽减小,熔深增加。在摆幅为2mm时,摆动频率在30～60 Hz的低频区间内,焊缝气孔率相对较低,气孔率低于0. 15%。     

2219-T651铝合金激光摆动焊接接头微观组织和力学性能

采用激光摆动焊接技术对2219-T651铝合金进行了不同摆动幅度和频率下的焊接试验,研究了摆动工艺参数、焊缝气孔率和宏观成形、接头组织和性能之间的内在联系.结果表明,与无摆动焊接相比,激光摆动焊接可以降低焊缝气孔率,尤其随着摆动幅度的增加,当摆动幅度为2.5 mm时,气孔率降至1.66%.与母材相比,热影响区和熔化区发生软化.靠近焊缝的热影响区,由于沉淀强化作用的变弱,硬度逐渐降低,直至出现“平台”.而由α(Al)基体以及枝晶间和晶界α(Al)+θ(Al₂Cu)共晶相组成的熔化区,因铜的偏析导致固溶强化效果被削弱,表现出最低的硬度.此外,部分摆动参数下焊缝晶粒尺寸有所细化,这引起了其硬度的略微升高.当摆动频率为150 Hz和摆动幅度为2.5 mm时,接头的抗拉强度高达318 MPa,约为母材抗拉强度的69.4%,接头抗拉强度与断口孔洞面积占比呈线性负相关关系,焊缝气孔率是影响焊态接头抗拉强度的主要因素.     

预设间隙在5754铝合金激光摆动焊中的工艺研究

以5754铝合金3mm为研究对象,在探究出合适的激光功率、焊接速度、振镜扫描速度等参数的前提下,研究了预设间隙在5754铝合金3mm对接焊过程中对焊缝成型、气孔率、拉伸强度的影响.结果表明,与传统的激光自熔对接焊相比,激光摆动焊有利于减少焊缝中气孔的生成,气孔率为6%,并且对于拉伸强度有一定提升;在进行激光摆动对接焊的过程中,预设置间隙对于焊缝成型、气孔率、力学性能有一定影响,并在间隙为0.15mm时,得到气孔率最小2%、拉伸强度最大为母材的73%的焊接接头。     

3003铝合金激光焊接组织和力学性能

为了探索3003铝合金在动力电池外壳等领域的应用,采用激光摆动方式对1.5 mm厚3003铝合金薄板开展了焊接工艺试验,并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明,在表面聚焦条件下,当焊接速度40 mm/s,激光功率1 350 W,脉冲频率5 000 Hz,摆动频率100 Hz,摆动直径0.3 mm时,能够获得成形良好的焊接接头。焊接接头熔合线处和焊缝中心区存在细晶区,熔合线向焊缝中心过渡区域由柱状晶组成,接头整体微观组织得到细化。焊接接头各区硬度均高于母材,抗拉强度约为母材的91%,断后伸长率约为母材的65%,接头断裂形式为韧性与准解理混合型断裂。     

焊接工艺参数对铝锂合金激光焊焊缝成形的影响

通过3 mm厚5A90铝锂合金激光焊工艺试验,采用无量纲背宽比R表征焊缝截面,较系统地研究了激光功率、焊接速度和离焦量对焊缝成形的影响规律.结果表明,焊缝背宽比随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,且在离焦量为0～+1 mm范围内达到最大.激光功率和焊接速度的合理匹配,可以获得较好的焊缝成形.     

铝合金厚板激光扫描填丝焊接气孔抑制

为减少大厚板5A06铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用激光光束以一定方式运动的扫描焊接的新焊接方法,研究了激光束不同的运动轨迹、幅度、频率对铝合金激光深熔焊接焊缝气孔率的影响,并在焊接坡口设计优化基础上应用窄间隙扫描激光填丝焊接技术进行130 mm厚5A06铝合金焊接试验. 结果表明,采用圆形扫描方式,当激光光束的扫描幅度大于1 mm,扫描频率选择最高频率附近时,能够大幅降低焊缝气孔率;采用窄间隙激光扫描填丝的焊接方法,获得了焊缝平均气孔率1%,无侧壁未熔合、层间未熔合、裂纹等焊接缺陷的130 mm厚5A06铝合金优质焊接接头.     

超薄不锈钢片微激光焊接的焊缝成形

采用微型脉冲激光实现了0.2 mm厚321不锈钢片的对接焊,研究了脉冲频率、脉冲宽度和脉冲功率等工艺参数对焊缝成形的影响规律.结果表明,0.2 mm厚321不锈钢片的微激光对接焊容易在焊缝处产生烧穿,在收弧处形成较深的弧坑.在其它工艺参数固定不变时,减小脉冲频率和脉冲宽度均可以减少或避免焊缝的烧穿,改善焊缝成形;减小脉冲功率有利于避免焊缝收弧处较深弧坑的形成,但脉冲功率过小会导致未焊合.当脉冲功率分数为12%时,脉冲频率在较宽的范围内变化都能获得成形良好、无缺陷的焊接接头.焊缝组织由中心部位的等轴晶和边缘细小的柱状晶组成,在焊缝和母材的交界处几乎不存在焊接热影响区.     

船体分段机器人角焊工艺研究

针对国内船体分段焊接效率和自动化程度低等问题,通过机器人焊接编程,进行了机器人横角焊与立向上角焊工艺试验,分析了机器人焊接主要工艺参数对角焊缝成形的影响。试验结果表明:机器人横角焊时,焊接电流和电弧电压增大,焊缝表面下垂程度增加;对于20 mm厚DH36钢板,在焊接电流280 A和电弧电压27.8 V时,横角焊缝成形良好;机器人立向上角焊时,通过增大电弧梯形摆动幅值有利于增加焊脚长度,但摆动幅值过高易引起咬边缺陷,同时过大的摆动长度使得焊缝表面中心易出现下挂凸起;当电弧摆动幅值5 mm、摆动长度1.5mm、焊接电流200 A、电弧电压24 V左右时,立向上角焊缝成形良好。     

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.     

铝合金中厚板高功率激光搅拌焊气孔缺陷工艺调控

高功率激光焊接为铝合金中厚板高质高效焊接提供了有效手段,然而面临焊缝气孔多发的问题. 文中开展了铝合金中厚板高功率激光搅拌焊接气孔缺陷的工艺调控研究,阐明了搅拌振幅和搅拌频率对接头气孔率的影响,并提出了工艺参数优化方法. 结果表明,搅拌振幅主要影响光束运动轨迹横向分布和小孔开口面积;搅拌频率主要影响激光光束运动速度和对后方熔池的搅拌次数;搅拌振幅和频率越大,气孔抑制效果越明显,但焊缝熔深难以满足应用要求;通过控制光束运动轨迹和能量密度,可以实现工艺参数的设计,获得大熔深、少气孔的最佳工艺区间,最终得到熔深高达6.4 mm的少气孔焊接接头.     

焊接工艺对压铸镁合金CO2激光焊缝气孔率的影响

研究了激光功率和焊接速度等焊接工艺参数对两种不同含气量的压铸镁合金激光焊气孔倾向(以气孔率为表征)的影响规律,并对气孔的防止措施进行了探索.结果表明,含气量较高的2 mm厚压铸镁合金激光焊气孔倾向大于含气量较低的5 mm厚压铸镁合金.两种厚度的压铸镁合金激光焊缝气孔率总体上均随着激光功率的升高及焊接速度的降低而升高.对...     

铂铱合金与316L不锈钢微激光点焊气孔形成机理

通过研究铂铱合金与316L不锈钢丝材微激光点焊接头的表面形貌、接头断口中气孔的形态以及横截面中气孔的分布情况,对接头气孔的形成机理进行了分析。结果表明：不锈钢合金元素在焊接熔池区择优气化引起气孔;铂铱合金熔池的高温使得不锈钢合金元素在熔池中的溶解度降低,铂铱合金的高导热性及微激光焊接的特点使得熔池的凝固速度加快,从而形成气孔     

0Cr15Ni5Cu4Nb中厚板锁底结构大功率光纤激光焊接工艺特性

采用大功率光纤激光对7 mm厚度0Cr15Ni5Cu4Nb不锈钢锁底结构实施了焊接试验,通过对不同焊接工艺参数下的接头质量、力学性能、微观组织结构的分析,研究了其焊接工艺特性. 结果表明,焊缝中的主要缺陷是焊接气孔,采用负离焦、高速度的焊接参数能够有效抑制气孔的形成. 焊缝区域硬度有所增加,并且焊缝上部和下部的硬度要高于中部的硬度值,接头的力学性能稳定,焊缝平均抗拉强度为970 MPa,冲击韧性略有降低,为母材的89%. 焊缝组织主要由马氏体、残余奥氏体和δ-Fe组成,焊缝中部δ-Fe要多于上部,马氏体转变不充分,热影响区中主要由晶粒细小的淬火马氏体组成.     

Suppression of porosity in beam weaving laser welding

Abstract

The present paper describes a beam weaving laser welding technique to suppress argon or nitrogen porosity, which may appear during laser welding of low carbon steel. Bead on plate welding was performed using a 3 kW CO₂ laser. The weaving frequency was varied within 0–30 Hz and the weaving amplitude within 0–2 mm during welding. The experimental results show that under 2.4 kW laser power and 1.0 m min^-1 welding speed, the nitrogen porosity decreases remarkably with increasing frequency, and it can be eliminated for a weaving frequency of 22 Hz with 0.5 mm weaving amplitude. Under 2.4 kW laser power and 1.5 m min^-1 welding speed, beam weaving laser welding can also effectively reduce argon porosity at a weaving frequency of 22 Hz and amplitude of 1.0–1.5 mm.     

Experimental and numerical investigation of an electromagnetic weld pool support system for high power laser beam welding of austenitic stainless steel

A three-dimensional turbulent steady state numerical model was used to investigate the influence of an alternating current (AC) magnetic field during high power laser beam keyhole welding of 20 mm thick stainless steel AISI 304 being modeled as an ideal non-ferromagnetic material. Three-dimensional heat transfer and fluid dynamics as well as the electromagnetic field equations were solved with the finite element package COMSOL Multiphysics 4.2 taking into account the most important physical effects of the process. Namely, the thermo-capillary (Marangoni) convection at the weld pool boundaries, natural convection due to gravity and density differences in the melt volume as well as latent heat of solid–liquid phase transitions at the phase boundaries were included in the model.It is shown that the gravity drop-out associated with the welding of thick plates due to the hydrostatic pressure can be prevented by the application of AC magnetic field between 80 mT and 135 mT for corresponding oscillation frequencies between 1 kHz and 10 kHz below the weld specimen. Experimentally, a value of the magnetic flux density of around 230 mT was found to be necessary to allow for single-pass laser beam welding without sagging or drop-out of melt for a 20 mm thick combination of austenitic stainless steel AISI 304 and ferritic construction steel S235JRC at an oscillation frequency of around 2.6 kHz.     

SUS321不锈钢和6061铝合金激光搭接焊接头的组织和力学性能

焊接参数对钢铝异种接头质量影响明显。主要研究不同的激光功率和焊接速度对SUS321不锈钢和6061铝合金焊缝成形的影响,分析异种接头的微观形貌特征及组成,并对接头的断口形貌和力学性能进行了试验研究。结果表明,不同焊接速度和激光功率对于焊缝成形有着重要影响:当激光功率为2 200~2 400 W,焊接速度为30~35 mm/s时可以获得质量较高的焊缝;在焊接过程中,接头界面形成了FeAl、Fe_2Al_3和Fe_3Al等金属间化合物,它们的存在影响了接头的力学性能;接头在拉伸试验中发生韧性断裂,且裂纹最先在金属间化合物中萌生,并沿着钢铝反应界面进行扩展,直至整个接头发生断裂。     

功率分布对5A06铝合金激光摆动焊接熔池动态行为的影响

以5A06铝合金锁底对接焊缝为研究对象,在激光束摆动的基础上引入一种沿正弦摆动路径分布的激光功率(功率分布),实现功率相对于摆动路径的动态调控.基于FLUENT有限元软件,建立激光摆动焊接过程的流体动力学模型,研究光斑摆动与功率分布对焊缝成形的影响机制,模拟对比了施加等功率与功率分布2种工艺下的焊缝截面形貌、熔池动态行为及气孔形成过程.结果表明,与等功率焊接相比,施加功率分布焊缝成形更优,未出现咬边和烧穿等缺陷;由于功率分布的特点,有效缓和了熔池的平均流速,熔融金属呈现更为稳定的流动行为,进一步提高了匙孔的稳定性,并获得了深宽比较小的匙孔,有效降低了焊缝的孔隙率(0.9%).