铝合金激光熔化沉积应力场及力学性能分析

采用激光熔化沉积工艺对6 mm厚的ZL114A铝板中的通槽进行了修复试验. 试验中采用AlSi10Mg粉末作为沉积过程的填充材料. 为了选择合适的激光扫描方法，通过数值模拟的方式，探究了不同扫描路径下产生的残余应力情况. 模拟结果显示，相比于自一侧向另一侧平行扫描，自下向上逐层扫描方式更有助于减小残余应力，残余应力分布也更均匀. 采用自下向上的逐层扫描方式实现了铝板通槽的激光熔化沉积的工艺试验，并探索了缺陷及热输入对试件力学性能的影响. 结果表明，通过工艺试验得到的沉积试件，最优性能的试件抗拉强度为268 MPa，达到母材的89%. 试件断裂并未沿着沉积区与母材的界面处断裂，而是在沉积区内部层与层界面间的搭接区域断裂.     

中厚板TC4钛合金真空环境激光焊接特性

在大气和真空环境下使用光纤激光器对TC4钛合金进行焊接,分别对不同激光功率焊接焊缝形貌和组织进行观察,并对性能进行测试分析. 结果表明,真空环境激光焊接焊缝成形更加良好,可明显提高焊缝熔深,增大焊缝深宽比,抑制焊接过程中的飞溅,极大减少焊缝中的气孔缺陷. 大气环境与真空环境焊缝组织特征差别不大,真空环境热影响区宽度明显减小. 两种环境下焊缝显微硬度均呈马鞍形分布,焊缝熔化区硬度最高的特点,大气环境焊缝平均硬度约为390 HV,高于真空环境焊缝平均显微硬度8.3%. 对焊缝进行拉伸强度测试,拉伸试件全部断裂于母材部位,试件的抗拉强度为960 ~ 980 MPa.     

304不锈钢激光点焊工艺研究

本文以304不锈钢作为试验材料,采用搭接的方式进行激光点焊试验,研究了激光功率、焊接持续时间、离焦量和间隙对焊点形态及尺寸的影响规律。试验结果表明,在熔透情况下,焊点上表面都呈现明显的下塌,持续时间或者间隙较大时,下表面还会出现内凹。随着焊接持续时间的增加,焊点整体尺寸增长较快,中心的下塌和内凹深度都有明显增加;而随着激光功率的增加,焊点尺寸增长缓慢。当间隙变大时,焊点熔合面出现收缩现象。     

高温合金/不锈钢异种材料T型接头激光穿透焊工艺研究

针对飞行器发动机水冷壁结构,进行了GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊试验,主要研究了焊接参数对焊缝成形和焊接裂纹的影响规律,分析了焊接裂纹形成原因,得到了较合理的焊接工艺区间。结果表明,对于GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊,连续焊比脉冲焊更易实现稳定焊接,获得良好焊缝成形。焊接裂纹是接头主要缺陷裂纹都在高温合金一侧产生,控制激光功率、保证对中可降低裂纹产生概率。焊接接头的另一种缺陷是表面下塌,保证间隙小于0.2mm可抑制下塌缺陷的产生。对由41条焊缝组成的模拟件进行了10MPa,5min水压测试,每条焊缝都满足要求。     

铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接温度场模拟

为了掌握双激光束双侧同步焊接工艺特性并得到最优焊接工艺匹配参数,对由铝合金6156底板与6056桁条组成的T型焊接接头进行了有限元数值模拟和试验研究.在改进以往激光热源模型的基础上,模拟分析了不同工艺参数匹配条件下的激光焊接过程,获得了实际可行的工艺参数范围.同时研究了焊接功率和焊接速度对熔池形状的影响规律,结果表明:焊接功率和焊接速度对焊缝成形具有重要影响,且熔池形状的模拟结果与试验结果吻合良好.最终获得了最佳的焊接工艺参数,为大型客机铝合金壁板的双激光束双侧同步焊接提供了理论指导.     

激光填丝焊焊丝熔入行为特征

采用高速摄像技术和工艺试验相结合的手段进行铝合金光纤激光填丝焊焊丝熔入行为及工艺特性研究.分析了焊丝熔入行为及其主要影响因素,研究了送丝方式与送丝角度对焊缝成形及焊接过程稳定性的影响.结果表明,依据光丝间距的不同,焊丝熔入行为可分为3种典型特征,铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡,其中液桥过渡最为理想;前置送丝焊丝熔化效率高,工艺窗口较宽;送丝角度影响焊丝吸收激光能量程度以及液态焊丝对液态熔池的冲击力的大小,随着送丝角度的增加焊缝背部熔宽有明显增加,而焊缝熔深基本不变.     

基于人工神经网络的激光点焊焊点形态预测

建立适用于激光点焊焊点形态预测的人工神经网络模型,以点焊过程中的三个主要工艺参数(激光功率、点焊时间和离焦量)作为模型输入,输出为焊点表面、熔合面、背面直径以及熔深和横截面面积五个焊点形态参数.在此基础上,建立焊点形态模型,模型输入为神经网络的预测结果,输出为焊点形态.所建立的神经网络预测模型和焊点形态模型结合之后,可以实现激光点焊焊点的形态预测.网络测试结果显示实际值与网络预测值之间的RMS误差为O.1左右,模型输出的预测焊点形态与实际焊点形态之间较为吻合.根据模型的仿真结果,进一步研究点焊参数对焊点尺寸和形态的影响规律.结果表明未熔透焊点形态为Y形,而熔透焊点则存在多种形态,形态之间的转变主要受激光功率的影响.     

机身壁板LBW结构DFR值试验测定及理论计算[KH-*1]

飞机机身壁板是疲劳的关键位置, 空客公司首先在飞机机身壁板采用激光焊接(LBW)结构代替传统铆接结构.为评价该激光焊接结构的疲劳性能, 结合试验测定和统计学理论计算两种方法, 对两组新型铝锂合金2060-T3激光焊接焊后热处理(PWHT, 即焊后固溶+时效热处理和焊后时效热处理)结构进行疲劳试验、断口分析及细节疲劳额定强度(DFR值)分析, 分别计算了试验测定DFR值和理论DFR值.分析结果表明, 试验测定焊后固溶+时效热处理激光焊接结构的DFR值为118.0 MPa, 焊后时效热处理的DFR值为113.7 MPa, 理论DFR值分别为115.8 MPa(误差为1.86%)和112.2 MPa(误差为1.32%); 两组结构均在焊趾处产生裂纹源, 裂纹沿板材厚度方向进行扩展, 裂纹扩展区均表现为脆性解理河流花样, 不同的是前者瞬断区为微孔聚集型断裂, 断口存在大量微小韧窝, 后者瞬断区为沿晶断裂, 断口存在大量晶粒; 采用统计学理论计算, 可以较好地还原威布尔分布的形状参数, 验证了统计学理论分析方法的工程适用性, 为机身壁板LBW结构的DFR值测定提供了参考依据.     

Si_p/Al复合材料激光钎焊特性与组织形态

采用激光填丝钎焊方法进行1.5 mm厚65%(体积分数)Sip/4032Al复合材料对接接头的连接,研究不同工艺参数下的钎料润湿铺展行为和焊缝成形特性,以及焊缝中共晶硅的形态变化规律。结果表明:接头开V型坡口非常有利于焊缝的背面成形;光斑直径为20 mm、激光功率高于1 500 W时焊缝成形容易控制;与激光熔焊相比,激光钎焊方法更适合于连接高比分Sip/4032Al复合材料。焊接热输入对Si元素的溶解、扩散行为影响很大,因此,不同激光功率下,焊缝中硅元素可以板状、多角状、瓣状初生硅、板条状共晶硅等多种形态出现。焊缝中心由于冷却速度较慢,还形成了共晶团组织,共晶团内部为均匀分布的短棒状共晶硅。     

薄板铝合金激光深熔焊熔池流动数值模拟

针对薄板铝合金激光焊接过程,采用有限体积法开展熔池流动研究.建立了三维焊接熔池流动数学模型,并采用高斯旋转体热源表征激光束的热作用.在考虑与不考虑表面张力作用下,分别计算获得了焊接温度场、熔池流场和熔池形貌.基于计算结果,分析了温度场云纹图、熔池焊接热循环曲线、熔池速度场分布多视图.最后进行相同参数下的激光焊接试验,基于观察获得的焊接接头形貌,综合分析了模拟结果和试验结果.结果表明,所建立的模型和模拟方法是合理可行的.同时考虑Marangoni对流作用所计算得到的熔池和焊缝几何形状更加接近实际焊接接头.