不锈钢板激光光束摆动叠焊工艺研究

采用光纤激光器和D50摆动激光头进行不锈钢板激光叠焊工艺研究,分析了5种激光光束摆动方式对焊缝成形和气孔率的影响规律,并对直线形光束摆动方式下的焊接工艺参数进行了优化。研究结果表明：相对于常规激光焊接,5种激光光束摆动方式焊接均能有效增大叠焊板结合面熔宽,并可抑制焊缝气孔的产生。在直线形光束摆动方式下,随着激光功率增大或焊接速度减小,焊缝熔深和结合面宽度均增大;随着摆动频率增大,熔深则相应减小;随着摆动振幅增大,焊缝截面形状由丁字形向椭圆形、梯形转变。当激光功率、焊接速度、离焦量、摆动振幅和摆动频率分别为3 kW、2.4 m/min、5 mm、1.5 mm和300 Hz时可获得成形好、气孔较少、剪切强度较高的叠焊接头。     

基于清洗表面形貌的AH32钢激光除锈机制

为了获得纳秒激光除锈工艺规律并揭示除锈机理,研究了不同工艺参数下激光除锈后AH32船用钢的表面形貌与粗糙度。采用纳秒脉冲激光器在不同工艺参数下对试样表面锈层进行激光清洗,使用激光共聚焦显微镜测量清洗表面粗糙度,基于扫描电镜观察清洗表面微观形貌,借助能谱分析仪进行清洗表面元素分析。最后,结合试验结果揭示了AH32船用钢的纳秒激光除锈机制。试验结果表明:在3 000mm/s的扫描速度下分别采用30.6J/cm2和10.2J/cm2的激光能量密度对AH32船用钢表面锈层进行分步激光清洗,可以显著改善清洗形貌并降低表面粗糙度。微观形貌分析发现在上述清洗条件下,基体表面呈现微熔状态,光斑内部光滑均匀,边缘分布枝晶状乳突结构。分步激光清洗工艺可以获得较好的清洗效果和较高的清洗效率,其除锈机制主要包括孔洞爆破机制和烧蚀蒸发机制。     

激光焊接速度对热轧钢板焊缝质量的影响

测量了激光对接焊后热轧钢板正背表面焊缝宽度，分析了激光焊的焊接速度对热轧钢板焊缝成形和质量的影响。结果表明：只有采用合适的离焦量，才有可能获得较好的焊缝成形质量。在激光焊接功率6kW、离焦量－1．5mm等参数下焊接3mm厚的钢板时，激光焊接速度最佳值为3900mm／min。     

光纤激光功率和焊接速度对6061铝合金焊缝成形的影响

利用10 kW光纤激光器对2.5 mm厚6061铝合金进行了焊接试验,探究激光功率和焊接速度对焊缝成形的影响。对比分析了不同激光功率和焊接速度获得的焊缝表面形貌、焊缝横截面形貌。试验结果表明:激光功率焊接速度对6061铝合金激光焊缝的熔深和熔宽具有显著影响,熔宽在一定范围内随着激光功率的增加而增加,最终达到某一数值不再增加。激光功率的大小影响激光自身的稳定性,从而影响焊缝的成形。     

无取向低碳低硅电工钢的激光填丝焊焊接特点

运用15KW CO2激光焊机在不同的焊接参数下对无取向低碳低硅电工钢进行了激光填丝焊焊接试验,并对试样进行了拉伸试验、显微硬度测试及焊缝显微组织观察,得到了在不同线能量焊接条件下焊缝组织及性能的变化规律.结果表明:其显微组织随着焊接线能量的减少,从粗大的多边形铁素体变为针状铁素体和粒状贝氏体,进而出现方向性明显的M-A组元;同时母材中的硅使得此电工钢熔透性较低碳钢差,并使得焊缝更容易出现M-A组元;降低焊丝的硅含量可减少焊缝中引起焊缝脆性的M-A组元的产生,从而提高该钢激光填丝焊的焊缝质量.     

不同冷却条件下激光焊接接头性能研究

分别利用焊后空冷和随焊水冷两种随焊冷却方式对2 mm厚低碳钢板进行光纤激光焊接。选择不同激光功率、焊接速度和离焦量进行试验。分析焊后空冷条件下和随焊水冷条件下两种焊接接头成形、金相组织和显微硬度。研究结果表明,随焊水冷条件下的焊缝宽度和热影响区宽度分别小于焊后空冷条件下的焊缝宽度和热影响区宽度;在热输入相等和正离焦的前提下,熔宽随着离焦量的减小而增大。两种冷却条件下的焊缝组织为板条状先共析铁素体和珠光体。随焊水冷条件下热影响区晶粒尺寸较焊后空冷下的晶粒有明显细化。空冷条件下焊缝中柱状晶的生长方向与焊缝中心线成70°~80°,而随焊水冷条件下的柱状晶生长方向几乎与焊缝中心线垂直。焊后空冷和随焊水冷的焊缝区域平均硬度分别为316.7 HV0.2和331.5 HV0.2,均高于母材硬度平均值181.8 HV0.2;同时,随焊水冷条件下焊缝硬度稍高于焊后空冷条件下的焊缝硬度。     

高氮钢激光-电弧复合焊接气孔控制方法研究*

为了掌握高氮钢复合焊接气孔控制的有效方法,研究电弧能量、激光能量和振动频率对焊缝气孔的影响。从气孔率方面分析焊缝气孔的产生原因,并从电流和电压波形及熔滴过渡方面分析其对焊接过程稳定性的影响。熔池流动与焊缝气孔具有一定的关联性,并从熔池流动状态方面分析其对气孔的影响。激光匙孔的形成需要一定的阈值能量,匙孔穿透状态对气孔率有直接影响,依据激光匙孔底部受力情况,分析匙孔状态对焊缝气孔率的影响。结果表明：气孔率随电弧能量或激光能量的增加而呈先升后降的变化趋势,电弧能量4 800 J(I=200 A,U=24 V)时,气孔率最低,仅为0.49%;而激光功率为2.8 kW时,气孔率降为最低,仅为0.14%;施加振动后焊缝气孔率均明显减小,气孔率随着振动频率的增加而先降后升。适当的电弧能量或激光能量可有效抑制焊缝内气孔数量,振动频率为35 Hz时抑制气孔效果最好。     

排布方式对铝合金激光-MIG复合横向焊接特性的影响

采用常规激光-熔化极惰性气体保护电弧(Metal inert gas,MIG)复合横向焊接铝合金过程中,焊缝表面极易出现咬边和下塌等缺陷,由此开展排布方式对激光-MIG电弧复合横向焊接铝合金焊接特性的影响研究。分析二者的排布方式对熔池特征、熔滴过渡形式以及焊缝成形规律的影响。试验结果表明,异面引导复合焊接方式对焊缝成形有明显改善作用,焊缝表面熔宽减少、中心线偏移和咬边缺陷得到有效抑制。采用同面引导复合方式时,熔滴过渡到匙孔后方,熔池下侧熔融金属大量堆积并产生周期性的波动,导致焊缝结晶组织出现了分层现象;而采用异面引导复合方式时,熔滴过渡到匙孔下方,并且熔滴在熔池中的落点位置与同面引导方式相比要偏上,熔滴过渡频率稍低,此时熔池中熔融金属分布较为均匀,熔池下部堆积金属较少,有效抑制了焊缝的下塌和咬边缺陷。     

激光摆动焊接6061铝合金板材焊缝成形工艺研究

为了探究激光摆动焊接铝合金的工艺特性,开展了手持摆动焊接头焊接6061铝合金的实验,对比分析了焊接速度、激光功率、振镜速度等工艺参数对焊缝宏观形貌的影响。通过高速相机捕获的实时动态影像,分析了激光摆动焊接匙孔的形成与特征,以及摆动焊接下熔池的形成与保持。实验结果表明,焊接速度与激光功率对焊缝形貌的影响较大,振镜速度应与焊接速度相匹配,即焊接速度慢对应振镜速度低,快速焊接对应振镜速度快。激光摆动焊接的匙孔会随着激光光斑的摆动变大,且匙孔始终位于焊缝中央,激光光束的摆动会搅拌熔池,影响熔池的热力耦合与焊缝成形,形成稳定均匀的鱼鳞纹状焊缝形貌。     

板式换热器激光密封焊接关键技术研究

针对薄壁冲压结构热交换板片激光焊接过程中存在的焊接变形大、缺陷多和性能不稳定等技术难题，开展换热器板片激光密封焊接关键技术研究。采用有限元数值模拟、装夹方案设计与试验验证相结合的方法，经济、快捷、有效地解决了大尺寸复杂冲压结构薄板片激光焊接变形难题，为焊接式热交换板片高效组装及产品无渗漏可靠工作提供了有效的前提保障条件。在焊接工作台上设计了结构新颖、功能实用的异形凸台与凹槽结构，并与通气孔相结合，简洁而有效地解决了多种材料、大幅面、非平整表面热交换板片焊接过程中快速安装定位、施焊处可靠压合及焊缝底部的保护气体调控难题，实现了激光焊接辅助工装多功能一体化。通过仿真结构优化设计的双层复合焊接嘴，有效解决了在焊接空间窄小、焊缝轨迹复杂条件下高效焊接与气体保护同步难题。采用系统工艺试验与性能测试相结合方式，在对大量试验数据进行对比优化处理基础上，获得了板式换热器常用板材激光焊接工艺参数与焊缝形貌、拉伸强度及耐腐蚀性能复合关系图，并优化出最佳焊接工艺窗口。科学、全面、直观、简便地解决了焊接能力、性能与效率之间兼容的难题。     

Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究

利用激光加工在Ti6Al4V表面分别构筑直线织构、网格织构和凹坑织构,并对试样的表面粗糙度和横截面硬度进行表征和测试,采用多功能微摩擦磨损试验机评价试样表面织构化对其干摩擦性能的影响,使用三维显微镜和扫描电镜对摩擦实验前后试样的形貌进行分析。研究结果表明:经激光织构化处理后,试样表面硬度显著提高,其中凹坑织构试样的表面硬度最高,直线织构试样的表面硬度最低;当选取适当间距时,凹坑织构试样的摩擦因数小于抛光试样的摩擦因数,而网格织构和直线织构试样的摩擦因数大于抛光试样的摩擦因数。SEM照片显示,织构表面的凹坑起到了捕获磨屑的作用。     

Surface Integrity of Ultrasonically-Assisted Milled Ti6Al4V Alloy Manufactured by Selective Laser Melting

The Ti6Al4V parts produced by the existing selective laser melting (SLM) are mainly confronted with poor surface finish and inevitable interior defects,which substantially deteriorates the mechanical properties and performances of the parts.In this regard,ultrasonically-assisted machining (UAM) technique is commonly introduced to improve the machining quality due to its merits in increasing tool life and reducing cutting force.However,most of the previous studies focus on the performance of UAM with ultrasonic vibrations applied in the tangential and feed directions,whereas few of them on the impact of ultrasonic vibration along the vertical direction.In this study,the effects of feed rate on surface integrity in ultrasonically-assisted vertical milling (UAVM) of the Ti6Al4V alloy manufactured by SLM were systemically investigated compared with the conventional machining (CM) method.The results revealed that the milling forces in UAVM showed a lower amplitude than that in CM due to the intermittent cutting style.The surface roughness values of the parts produced by UAVM were generally greater than that by CM owing to the extra sinusoidal vibration textures induced by the milling cutter.Moreover,the extra vertical ultrasonic vibration in UAVM was beneficial to suppressing machining chatter.As feed rate increased,surface microhardness and thickness of the plastic deformation zone in CM raised due to more intensive plastic deformation,while these two material properties in UAVM were reduced owing to the mitigated impact effect by the high-frequency vibration of the milling cutter.Therefore,the improved surface microhardness and reduced thickness of the subsurface deformation layer in UAVM were ascribed to the vertical high-frequency impact of the milling cutter in UAVM In general,the results of this study provided an in-depth understanding in UAVM of Ti6Al4V parts manufactured by SLM.     

活性激光电弧复合焊接法研究

为了进一步提高激光电弧复合焊接的熔深,提出活性激光电弧复合焊接法。在氧气的保护下,用小功率光纤激光在待焊焊件表面进行预熔处理,使表面熔化生成一层氧化层,然后用激光电弧复合焊接覆盖氧化层,达到增加熔深的目的。结果表明,激光预熔后进行激光电弧复合焊接,电弧明显收缩,熔深增加1.5倍左右,表面成形良好。激光预熔后,焊缝含氧量增加,熔池表面张力温度系数由负变正,使得复合焊接熔深增加。研究工艺参数对焊缝熔深和熔宽的影响,随着激光预熔功率的增加,熔深增加熔宽减小;随着电流的增加,熔深熔宽都增加,但激光预熔后的焊道增加更快。随着复合焊接速度的增加,熔深和熔宽都减小。随着复合焊接中激光功率的增加,熔深增加,对熔宽的影响较小。利用活性激光电弧复合焊接法,可以得到较为细小的焊缝组织,提高焊接接头的抗拉强度,能达到母材抗拉强度的95%,且面弯和背弯180°后未出现裂纹,表明接头具有良好的韧性。     

不锈钢车体搭接接头激光非熔透焊接工艺及其拉剪性能

针对高强不锈钢车体常用的301L不锈钢搭接接头,采用不同光斑直径光纤激光器和焊接工艺参数,进行激光非熔透焊接工艺研究,获得了激光焊接工艺参数对焊缝成形质量、表面热影响痕迹、焊缝熔化形状和接头拉剪性能的影响规律,并对激光焊接工艺参数的优化原则和方法进行了讨论。结果表明,对于0.8mm内板(301L-H)和1.5mm外板(301L-1.4318)组合,当激光聚焦光斑直径不小于0.4mm且功率大于2kW时,能在较大的参数窗口内确保搭接接头外观和力学性能满足要求;对于光斑直径为0.4mm的光纤激光器,为确保无热影响区痕迹,应精确控制熔深小于1.4mm,为确保拉剪性能大于等价电阻焊接头,结合面熔宽应大于0.8mm;对于母材强度高于930MPa的301L-H不锈钢板搭接接头,剪切拉伸断裂位置始终位于内外板结合面的焊缝处,接头承载能力与结合面熔宽线性相关。     

双相钢/铝合金激光胶接焊胶层作用分析

通过双相钢/铝合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示钢上、铝下搭接激光胶接焊时胶层作用。对焊接过程进行等离子体形貌同步拍摄和焊接光谱采集并分析,与激光焊接比较,发现激光胶接焊时等离子体的颜色明亮,形态密度大,与试样板材表面呈一定角度,胶层分解产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况,等离子体对激光能量的吸收减少;而光谱相对强度和光致等离子体电子密度增加,胶层的存在增加试件对激光的吸收率;焊接成形试验发现胶层可起增加焊接熔深和熔宽的作用;剪切试验结果表明胶层提高焊接接头的平均抗剪强度。由于添加胶层加快上层双相钢冷却速度,增加下层铝合金对激光能量的吸收,导致下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,而熔宽两侧熔融态Al体积分数增多,焊接熔宽加大,增加钢、铝横向结合面积,提高焊合率,此外剪切力的外加载荷由焊缝和胶层共同承担,因此添加胶层改善了钢/铝焊接接头的力学性能。     

Process parameter selection for selective laser melting of Ti6Al4V based on temperature distribution simulation and experimental sintering

Considering that the densification level and the attendant quality of selective laser melted Ti6Al4V parts depend strongly on the operating temperature of the melting system, which is mainly controlled by the processing parameters. The processing parameters of selective laser melting were thus investigated in this study to fabricate denser Ti6Al4V parts without post-processes. Temperature distribution calculation was firstly carried out based on a three-dimensional model. It was found that there exists a great temperature gradient from the surface of powder bed to the experimental platform, and the maximum depth of molten powder layer is about 45?μm, very close to the total thickness of powder bed (50?μm) under the condition of laser power of 110?W and scan rate of 0.2?m/s. The Ti6Al4V parts with lower porosity and higher density were then well fabricated by experimental method under the condition of laser power of 110?W and scan rate of 0.2?m/s. The experimental results also indicate that the microstructures exhibit more and more pores and the layer structures are more and more obvious with the increase in the scan rate. Moreover, the microhardness measurement yields different values with increasing scan rate, owing to the increase of α phase and porosity.     

铝合金激光焊接的研究现状

综述了铝合金激光焊接技术的新近发展。列举了铝合金激光焊接的优越性和常见的焊接缺陷，重点分析了激光焊接气孔的复杂性和特殊性，给出了现今有关小孔研究工作的新进展。激光焊接的主要优点是高效率，尤其体现在大厚度的深熔焊接上。要想成功实现大厚度铝合金的深熔焊接，必须解决小孔所造成的气孔缺陷问题。     

微波组件用硅铝合金的激光封焊工艺研究

对微波组件用硅铝合金的激光封焊工艺开展研究,分析了焊接工艺参数对焊缝组织形貌的影响,并结合有限元仿真,分析了焊接面结构对焊接热裂纹的影响。结果表明:激光峰值功率和脉宽对焊缝形貌和熔深有显著影响;焊接热应力集中在壳体一侧,当焊缝中心距离壳体边缘较远时,容易产生焊接热裂纹。通过对焊接参数的优化和焊接面结构的改进,获得了封装体积大于10 cm³的微波组件,气密性稳定在10^-9 Pa·m³/s量级水平,满足GJB 360方法112中条件C的要求。