电弧对激光吸收与散焦的定量测量

复合热源焊接过程中，激光与电弧之间相互作用的物理机制一直是复合热源焊接技术研究中的难点。激光形成的锁孔对电弧有吸引、压缩作用，由于激光穿过电弧时能量被电弧吸收和散焦，对锁孔的稳定形成有直接影响，因此研究激光穿过复合电弧时的吸收与传输特性对分析复合热源焊接机理、合理选择工艺参数有重要意义。文中设计一种新型试验方法，采用激光烧蚀有机玻璃的方法定量测量CO2激光穿过电弧时，电弧对激光的吸收与散焦特性，通过有机玻璃的烧蚀深度和烧蚀宽度反映激光能量的损耗，获得了不同焊接电流与电弧位置对激光能量的影响规律。     

激光熔覆Cu/WCP复合涂层

采用激光熔覆表面改性方法，在45号钢基体上表面熔覆Cu/WCp复合涂层。试验研究了WC含量对熔覆复合涂层的组织特点和耐摩擦磨损性能的影响规律。研究结果表明，通过调整WC的加入量可获得α-Cu固溶体＋WC双相组织，当WC的加入量超过30％时，熔覆层中出现小圆点状的WC颗粒，表明WC有一定程度的熔化和熔解；Cu/WCp复合熔覆层与基体金属之间存在过渡区，其组织为钢基体＋WC混合组织。采用40Cr磨轮对Cu/WCp熔覆层进行摩擦磨损试验，结果表明，WC加入量为10％时，摩擦系数与磨损量最小；采用硬质合金磨轮进行磨损试验，当WC加入量为30％时，摩擦系数最小，而加入量为10％，磨损量较小。     

高强钢厚板激光-GMAW复合双面同步横焊特性研究

针对30 mm厚船用高强钢10Ni5Cr Mo V对接接头横焊应用需求,开展激光-熔化极气体保护电弧(Gas metal arc welding,GMAW)复合双面同步横焊特性研究。研究结果表明,针对横焊位姿因重力、非对称坡口对熔滴、电弧的影响,利用激光对电弧的吸引和收缩作用,通过减小光-丝间距,有效地抑制了电弧侧壁燃弧,熔滴在电磁力和等离子流力的作用下,稳定过渡到熔池中,实现了熔滴过渡稳定性控制,解决了激光-GMAW复合横焊位姿电弧偏离和熔滴下落等过程控制难题与侧壁未熔合问题;厚板激光-GMAW复合双面同步横焊包括打底层和填充层焊接,其中打底层焊接是保证接头焊接质量的关键;采用激光-GMAW复合双面同步横焊新方法,4道焊接完成了30 mm厚船用高强钢10Ni5Cr Mo V横焊位姿的高强、高效连接。焊缝表面成形良好,无裂纹、未焊透和侧壁未熔合等缺陷。接头的抗拉强度高于母材,且其–50℃冲击吸收能量为57.3 J。     

激光焊接铝基复合材料钛的原位增强作用

本文采用激光焊接SiC_p/6063铝基复合材料,并利用Ti对焊缝进行原位增强。研究结果表明,焊缝和热影响区均较窄,焊缝中观察不到孔洞存在。对焊缝中心的微观组织分析表明,焊缝基体的晶粒非常细小,呈等轴结晶方式,焊缝组织非常致密,没有明显的微观气孔和裂纹。焊缝中已经观察不到SiC颗粒与基体在熔焊条件下发生反应生成的针状反应物Al_4C_3,而是尺寸更为细小的TiC颗粒,近似呈球形,在焊缝中分布比较均匀。整个焊接区域转变为母材是SiC颗粒增强的Al基复合材料,而焊缝主要是以TiC颗粒增强相以Ti为基体的局部区域。研究结果表明,用钛作为合金化元素通过使用原位焊缝合金化/脉冲激光焊接SiC_p/6063复合材料可以达到完全抑制在焊缝中心区形成Al_4C_3,焊缝接头强度由于快速固化的TiC等相而得到提高。     

激光-MIG复合热源焊接熔滴过渡力学行为分析

针对激光等离子体和电弧等离子体共同作用下的熔滴过渡，根据气体动力学和静态力学平衡理论，对CO2激光-惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接过程中熔滴的复杂受力状态及其力源的产生与作用原理进行了深入分析。结果表明，一方面由于激光焊接过程中材料剧烈气化时产生的大量金属蒸气射流，对熔滴形成了巨大的反冲作用力，阻碍了熔滴过渡;另一方面，由于激光焊接产生的等离子体改变了原有惰性气体金属弧焊电弧等离子体形成路径，从而改变了原有焊接熔滴中的电流密度分布和流向而形成了一个新的复合电弧收缩力。两者综合作用降低了复合焊接熔滴过渡频率，破坏了焊接稳定性。在此基础上，进一步研究了焊接参数对金属蒸气反作用力、复合电弧收缩力等的影响规律，并采用数值分析的方法推导出了它们的数学描述;定量分析了复合热源作用下熔滴的受力机制，揭示了复合热源焊接过程中熔滴受力状态与焊接稳定性之间的内在关系。     

光丝同轴激光增材制造研究进展

增材制造作为实现三维结构快速成形的技术,广泛用于航空航天、汽车交通等领域.当前,激光熔丝增材制造多依托于传统的激光焊接设备,采用旁轴送丝方式,在增材过程中,需调整激光头方向保证送丝和焊接头行进的相对方位,增大了复杂构件增材制造系统控制难度,损失了加工自由度.随着激光加工设备和技术的发展,近年来出现了一种可以解决上述问题...     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头温度分布

以5A06铝合金和TC4钛合金为母材,Alsil2焊丝为填充材料,进行了激光熔钎焊试验.在分析激光填丝熔钎焊传热行为的基础上,建立了3种激光加热模式的热源模型,并采用有限元方法对激光垂直加热、倾斜加热、光束偏置加热以及矩形光斑加热模式下接头温度场进行了计算和分析.结果表明,在铝/钛异种合金的激光熔钎焊过程中,焊缝两侧温度分布严重不对称,将光斑中心向铝合金一侧偏离焊缝中心线0.4～0.6mm可避免钛合金界面局部过热;采用椭圆光斑加热时,加热效果与圆形光斑相近;采用矩形光斑加热,接头界面上下温度分布较为均匀.     

光斑形式对Ti/Al异种合金激光熔钎焊特性的影响

采用椭圆形和矩形两种光斑形式对Ti/Al异种合金进行了激光填丝熔钎焊的试验研究,分析了不同工艺参数对焊缝成形的影响规律,获得不同热源作用方式下的界面形态规律及其对界面强度的影响.结果表明,采用椭圆形光斑和矩形光斑进行激光填丝熔钎焊均可获得较满意的焊缝成形.其中矩形光斑具有更好的焊接适应性,更容易控制焊缝成形.抗拉强度测试结果表明,椭圆形和矩形光斑接头的最高抗拉强度分别达到铝母材的75%和80%.     

电、磁场辅助激光焊接的研究现状

作为稳定焊接过程和提高焊接质量的有效手段,电、磁场辅助激光焊接具有广阔的应用前景.综述了电、磁场辅助激光焊接的机理及具体研究.主要涉及控制激光焊接等离子体、影响焊接熔池流动状态及改善焊缝质量等方面,并展望了其进一步的研究和应用.     

Joint performance of laser-TIG double-side welded 5A06 aluminum alloy

The influence of welding parameters on mechanical properties and microstructure of the welds of laser-TIG double-side welded 5A06 aluminum alloy was investigated. The results show that the weld cross-sectional shape has an intimate relation with the mechanical properties and microstructure of the welds. The symmetrical "X" cross-section possesses a relatively higher tensile strength and elongation than the others, about 91% and 58% of those of base metal, respectively. The good weld profiles and free defects are responsible for the improvement of tensile properties. Due to low hardness of the fusion zone, this region is the weakest area in the tensile test and much easier to fracture. The loss of Mg element is responsible for the decrease of mechanical properties of the joints. The microstructure of "X" cross-section has an obvious difference along the direction of weld depth, and that of the "H" cross-section is consistent and coarse.