镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控（英文）

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧(GTA)混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为:激光激励电流电弧电流激光脉冲宽度激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为:电弧电流激光脉冲宽度或激光激励电流激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。     

Nd:YAG激光器焊接钛合金薄板的工艺研究

用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对TC4钛合金试板进行了平板堆焊试验,研究了激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响。试验结果表明,激光焊接电流和脉冲宽度是影响激光焊接模式的主要因素,在低电流和小的脉冲宽度下,易出现匙孔未穿透型焊接,形成V形焊缝;增大激光焊接电流与脉冲宽度时,焊接模式由匙孔未穿透向匙孔穿透型转变,形成X形焊缝。脉冲激光焊接的参数需要合理的匹配,才能获得好的稳定的焊接过程。     

Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊工艺参数对焊缝形貌的影响

以304不锈钢为对象,借助横焊焊缝横断面图像来分析Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊焊缝横断面的成形特征,研究了Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊过程中焊接工艺参数对焊缝横断面形貌的影响.结果表明,在Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊中,焊接工艺参数对横焊焊缝横断面形貌的影响显著;Nd:YAG激光加入CMT电弧焊中明显提高了复合焊缝以及复合焊中CMT焊缝的熔深;采取适当的焊接工艺参数(小的光丝间距、大的激光功率、小的焊接速度、适合的离焦量以及小的或大的CMT功率)可以避免熔池机械式叠加和焊缝横断面错位现象,使得焊缝成形良好.     

铝/钢电弧辅助激光对接熔钎焊铺展特性

采用小功率TIG电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌ST04Z钢的预置粉末对接熔钎焊工艺试验,通过SEM,Photoshop来研究预留间隙、背面填涂钎剂、激光热输入、辅助电弧电流、热源中心间距、填加焊丝对熔钎焊接头铺展宽度的影响. 结果表明,预留小于0.5 mm的间隙与背面填涂钎剂均可增大铺展宽度;在未焊穿的前提下,随激光热输入和辅助电弧电流的增加,铺展宽度增大;随热源中心间距的增大,铺展宽度先增加后减小. 焊接熔池中填加Al-Si焊丝较未填加焊丝的铺展性更好,获得连续、美观的焊缝表面形貌.     

镁合金T形件激光-TIG复合热源焊接

主要研究了激光-TIG电弧复合焊复合模式、热源间距(D_la)和激光脉冲参数对镁合金T形件成形的影响.研究发现TIG-激光的复合模式更有利于T形件的成形.在TIG-激光复合模式下,D_la随着焊接电流的提高而增加时会得到更大的焊接熔深,焊接电流为100 A,D_la为3 mm时可以得到良好的镁合金T形结构件焊缝成形.激光脉宽过小或过大都会对T形结构件焊缝根部的成形产生不良影响,脉冲较小时T形件立板与上板结合处的熔池金属极易产生过烧,从而导致焊接表面塌陷严重,甚至烧穿;脉冲过大时则造成立板与上板结合处熔化不足而产生不熔合现象.     

峰值功率和脉冲宽度对激光焊接质量的影响

基于有限元法,以峰值功率和脉冲宽度为参数,建立了304不锈钢薄板激光焊接有限元模型,并进行瞬态热分析,获得了各参数对熔池形状和温度的影响规律。基于正交试验设计,分析了各参数对熔池形状和温度的影响程度,并得出最优参数组合。结果表明:随着峰值功率和脉冲宽度的增加,熔宽、熔深、深宽比和熔池温度增加,当峰值功率为280 W,脉冲宽度大于或等于4 ms时,熔池温度超过材料沸点;峰值功率对熔池形状和温度的影响较脉冲宽度大,最优参数组合为峰值功率为240 W,脉冲宽度为5 ms。分析结果可为激光焊接304不锈钢工艺参数的选择提供理论依据和技术指导。     

激光-电弧复合热源焊接钛合金薄板T形结构件

采用低功率激光-电弧复合热源工艺进行钛合金薄板T形结构件的焊接,焊后采用光学显微镜、X射线衍射仪等设备对接头进行分析.结果表明,激光-电弧复合热源焊接过程中激光可以诱导增强电弧、提高电弧穿透能力,采用激光-电弧复合热源易于进行T形结构件的连接;焊缝形成均匀细密鱼鳞纹,接头背面熔透均匀、过渡平缓,焊缝宽度小;焊缝主要由α＇相和β相组成,焊接时脉冲激光和TIG脉冲电流对熔池的搅拌作用及金属蒸气和等离子体喷射对熔池的搅拌作用使得细小α＇针疏松散乱;Al元素和Mn元素含量稳定,没有发生成分偏析.     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配. 借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究. 结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复合焊相一致,由于激光束的指向性,焊缝熔深受激光能量密度影响较大,因此焊缝熔深与激光功率呈正比,与焊接速度、离焦量的绝对值呈反比,焊接电流与光丝间距的影响不大;焊缝熔宽受电弧参数影响较大,且熔宽与熔池面积变化有一一对应关系,熔池面积变大,熔宽增加;余高与熔敷速度有关,因此焊接电流越大、焊接速度越小,余高越大.此外高能量密度激光热源的加入突出了多股绞合焊丝的自旋转特性的优势,特别是焊接电流在130 ~ 200 A范围内,随着焊接电流的增加,多股绞合焊丝的旋转频率增加,旋转特性带来的拓展焊缝宽度及对焊接气孔的抑制等优势更为明显.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

基于逐步回归法研究激光复合焊接工艺参数对焊缝的影响

采用CO2激光-TIG复合焊接3 mm厚的不锈钢板,基于多元线性回归方法,研究了焊接工艺参数对焊缝熔宽及塔深的影响.试验结果表明,对激光-电弧复合焊焊缝熔深影响程度从大到小的焊接工艺参数依次为:激光功率、焊接速度、TIG焊焊接电流和热源间距,其中前2项的影响最为突出;对熔宽影响的焊接程度从大到小的焊接工艺参数依次为:焊接速度、TIG焊焊接电流、热源问距和激光功率,并分别给出了回归教学模型.     

铝合金变极性等离子弧穿孔横焊焊缝成形规律分析

以穿孔等离子弧焊接过程中形成的穿孔熔池为研究对象,根据熔池热源形态的特点,采用数值模拟与试验相结合的手段研究横焊位置下的铝合金变极性等离子弧焊缝成形.由于焊接速度波动和工件厚度的影响,体热源作用下的穿孔熔池背面存在最高温度点和最大熔宽截面相背离的现象;因此通过对穿孔熔池背面进行分区和定义,提出温宽偏离度概念,即熔池背面最高温度点和最大熔宽截面的偏离程度,用以描述穿孔熔池状态及焊缝成形;通过调节焊枪角度来改变焊接过程中的温宽偏离度,在其它参数不变的情况下减轻重力在焊接过程中对焊缝成形的影响,实现变极性等离子弧穿孔焊接在横焊位置上的良好成形.     

脉冲个数调频对铝合金双脉冲焊性能的影响

在保证焊接热输入不变情况下,利用同时改变强弱脉冲个数的方法实现双脉冲低频的调频,并基于直接的电信号波形、间接的焊缝宏观和微观金相对三组不同频率双脉冲和一组单脉冲进行焊缝质量比较.结果表明,双脉冲对熔池的搅拌作用使得焊缝质量优于单脉冲,同时随着双脉冲低频频率的变化,在调制频率3.8 Hz时接近熔池振荡频率,使振荡加强,焊缝热影响区减小,晶粒组织细化,焊接性能最好.     

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟III.电弧脉冲作用的处理与热源模型的改进

针对激光+脉冲GMAW复合焊时电弧脉冲的热作用特点,将电弧热流处理为脉冲电流和基值电流阶段分布参数不同的双椭圆模式,同时适当减小焊件表面的热导率,以间接考虑脉冲电流和基值电流的间歇式作用.根据平均焊接电流大小确定熔滴热焓椭球体分布的作用区域,并考虑激光热源的作用位置.从以上几方面对前期研究采用的热源模型进行了改进,建立了两类新的适用于复合焊的组合式体积热源模型.利用改进后的热源模型对不同工艺条件下复合焊的焊缝横断面形状尺寸进行了模拟计算.计算得到的熔深、熔宽以及熔合线走向都与实验结果吻合,使数值模拟精度有了较大提高.     

脉冲MAG-TIG双电弧打底单面焊双面成形机制分析

基于中厚板打底焊接存在着自动化程度及效率低的问题,采用脉冲熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊(MAG-TIG)双电弧热源焊接对板厚为24 mm的Q235-B进行打底焊接单面焊双面成形工艺研究及机制分析. 结果表明,脉冲MAG-TIG双电弧热源打底焊接时,利用TIG电弧与MAG电弧间的电磁力来调节MAG电弧在熔池前端的加热位置,使得一部分电弧热量直接作用于钝边上;结合焊接电弧放电行为与熔池流动分析发现,打底成形稳定性最佳时,利用TIG电弧与熔池的剪切力使得液态金属向后方流动,熔池前端底部液态金属减少,易于平衡稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底焊缝背面成形.     

Effects of ultrasonic pulsation of the welding current on the geometry of the fusion zone and heat-affected zone in submerged arc welding

This paper proposes investigation of an arc ultrasonic excitation technique in the SAW process in order to evaluate the main parameters’ influence associated with pulsed current on weld beads, such as the frequency and amplitude of ultrasonic excitation current. Therefore, an experimental bench was assembled, which consists of two power sources: a conventional welding source and another able to provide pulse current at ultrasonic frequencies. During the tests two ultrasonic excitation current amplitudes were employed, 25 A and 50 A, each one in three different pulse frequencies, 20, 50 and 80 kHz. Macrographs of these welds are observed, and width, penetration, molten area and heat-affected zone area (HAZ) are measured. As a result, contrary to information available in the literature, there were no significant changes in weld bead geometry, as well as in the HAZ, that could be attributed to the current excitation in studied frequencies.     

铝合金脉冲YAG激光焊脉冲调制参数对焊缝形状参数的影响

以2mm厚LF3铝合金薄板为对象,研究了在平均功率和焊接速度不变时脉冲YAG激光焊脉冲调制参数(脉宽、频率及单脉冲能量)对热导焊缝形状参数(熔深、熔宽及深宽比)的影响规律,并结合脉冲激光焊间断作用的特征,引入"有效峰值功率密度"综合考虑焊接速度、频率、脉宽以及光斑大小对焊缝形状参数的影响.此外,还对脉冲激光焊所形成的特殊的层状焊缝形貌进行研究和分析.结果表明,焊缝形状参数受脉宽及峰值功率密度双重作用的影响.脉冲焊得到的焊缝呈现多层状形貌,层数随频率升高而增多.     

Neural network modeling for weld shape process of P-GMAW

Weld shape control is a fundamental issue in automatic welding. In this paper, a double side visual system is established for pulsed gas metal arc welding （ P-GMAW） , and both topside and backside weld pool images can be captured and stored continuously in real time. By analyzing the weld shape regulation with the molten metal volume, some topside weld pool characterized parameters （WPCPs） are proposed for determining penetration in butt welding of thin mild steel. Moreover, some BP network models are established to predict backside Weld pool width with welding parameters and WPCPs as inputs.     

Numerical simulation of heat transfer and fluid flow in GTA/Laser hybrid welding

Abstract

In order to understand the temperature fields, cooling rates and mixing in the weld pool, a comprehensive, three-dimensional heat transfer and fluid flow model is developed and tested by comparing model predictions with two sets of experimental data. The first set of data was taken from the literature. The experiments varied the separation distance between the heat sources for three arc current levels at a constant laser power. The second set of experiments analysed the effect of varying laser power for a constant heat source separation distance. The results demonstrate that the distance between the two heat sources significantly affects the cooling rates. The calculated results showed that the hybrid weld pool was very well mixed with strong convection currents resulting from the interaction between the electromagnetic and Marangoni forces. The calculated and experimental results showed that hybrid welding increases the weld pool width and gap bridgability when compared with laser welding. The weld pool depth in hybrid welding was affected mainly by the characteristics of the laser beam. Hybrid weld pool penetration depth is maximised at an optimal distance between the arc electrode and laser beam. The cooling rate increases significantly when the heat sources are separated beyond a critical distance. At close separation between arc and laser, calculations show that the arc radius must be decreased to achieve the observed weld depths.