A7N01铝合金激光-MIG复合焊接焊缝成形与组织性能研究

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。     

非熔透激光搭接焊薄钢板的试验研究

为了研究薄钢板的非熔透激光焊接的焊接质量,采用光纤激光及CO2脉冲激光对SUS304奥氏体不锈钢和SPCC冷轧碳钢薄板进行了非熔透搭接焊试验,分析了影响非熔透激光焊接的主要因素,并对接头的组织和力学性能进行了测试,得出激光功率、焊接速率、离焦量、脉冲频率、占空比等主要工艺参量对焊缝成形及试件性能的影响规律。结果表明,在适宜的焊接工艺参量下,非熔透激光焊接焊缝形貌平整连续;焊缝强度达到母材强度的50%以上;焊缝区的显微硬度高于母材。     

光纤激光焊接5052铝合金镁元素烧损研究

为了研究铝合金激光焊接过程中镁元素的蒸发烧损,采用特殊设计的实验装置采集了激光深熔焊接5052铝合金过程中孔内等离子体的光谱信号,并用电子探针显微分析仪检测了焊缝中的镁元素。发现激光焊接工艺参量对工件表面的镁元素等离子体信号强度的影响很大,小孔中各位置的光谱强度是变化的,在小孔的径向方向MgⅠ的相对强度逐渐减小,而在小孔的深度方向先增加后降低;焊缝区镁元素含量的变化趋势与光谱强度的变化趋势相反。结果表明,采用光谱仪能够监测激光焊接铝合金过程中镁元素的烧损;小孔中不同位置处镁元素的烧损主要由各位置吸收的激光能量决定,材料吸收的激光能量越高,镁元素的烧损越大。     

铝合金1100 H14的激光焊接工艺研究

受加工工艺、热变形以及铝合金对激光的强烈反射等因素影响,铝合金的激光焊接存在较大的困难。以1.0mm厚1100H14铝合金薄板为对象,采用Nd:YAG脉冲激光器进行焊接,重点研究了激光焊接过程中脉冲波形、激光功率、脉冲频率、焊接速度等对焊接成形质量的影响。焊后进行拉伸强度测试、金相观察、显微硬度测定、断口分析。实验结果表明:预热保温的焊接波形焊接试样优于梯形波焊接试样:优化的焊接参数为峰值功率8kW,单脉冲能量20J,频率10Hz,焊接速度2.1mm/s;抗拉强度为95.7N/mm~2,达到母材抗拉强度的86%;焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝区有软化现象,硬度为HV4.9 33.2,达到母材的77%。     

高强铝合金的激光焊接头组织及力学性能

采用CO2激光器对高强铝合金2519-T87进行焊接,研究了其激光焊接头组织和力学性能特征,并与熔化极气体保护焊(MIG)焊接头的组织和力学性能进行了对比。实验结果表明,激光焊焊缝组织细小,晶界共晶相呈短棒状均匀分布,时效后焊缝中有大量细小θ′相均匀析出,且熔合线附近没有形成等轴晶区,而熔化极气体保护焊焊缝组织晶粒粗大,晶界共晶相呈长条网络状分布,时效后焊缝中的θ′相尺寸大,数量少,且分布不均匀,熔合线附近还存在一个较宽的等轴晶区。焊后时效激光焊接头抗拉强度可达到母材的74%,并且随着焊接速度的增加,接头抗拉强度随之增加,而熔化极气体保护焊焊接头抗拉强度仅仅只有母材的61%,且激光焊接头的热影响区(HAZ)中没有明显的软化区。     

铝合金的大功率扩散型CO_2激光粉末焊接技术Ⅱ——铝合金焊接接头的组织与性能

本试验研究就采用扩散型CO2 激光粉末焊接技术的铝合金焊接接头进行组织及性能的分析。拉伸实验的结果表明 :对于无间隙的对接焊接头 ,采用不填粉的激光焊接工艺时的抗拉强度明显低于采用填充粉末焊接工艺 ,而且断裂也是发生在焊缝部位。但是拉伸实验的过程中可以看到明显的屈服发生在母材 ,而不是焊缝。采用填粉的激光焊接工艺时则是在母材产生屈服和最终的断裂 ;对于有间隙的对接焊接头 ,采用填粉工艺时 ,其抗拉强度不低于母材的最大间隙达 0 5mm。另外 ,采用填粉工艺的对接焊接头 ,其冷弯角可达 180°、硬度和母材相当 ;其焊缝的金相组织 ,基底为Al+Si共晶与α-Al的均匀混合物 ,其上分布有结晶时先析出的纯Si;当焊接速度偏低时 ,会发生紧邻熔合线的焊缝部位的断裂。启裂区为准解理形貌 ,扩展区面积较大并且是以准解理为主的混合断口形貌 ,终断区为韧性断口形貌     

激光焊接镀锌钢/冷轧钢异种板材工艺试验研究

为了研究镀锌钢/冷轧钢异种板材间激光焊接性能,采用光纤激光器及其配备的机器人对其进行了焊接试验,并对接头进行了显微组织和力学性能分析。在试验的基础上,分析了激光功率、焊接速度、离焦量等主要工艺参量对焊缝性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着激光功率的增大和焊接速度的降低,焊缝宽度和熔深增加;焊缝及热影响区硬度均高于母材,焊接接头的强度与母材冷轧钢板相当;为保证焊接接头强度和性能的有效过渡,克服因其物理性质差异所导致的焊缝与拼接中心间的偏离,激光光斑中心宜向冷轧钢板一侧偏移。     

1420铝锂合金YAG激光焊接

采用大功率YAG激光器，研究了1420铝锂合金的激光焊接特性。实验结果表明：1420铝锂合金激光深熔焊接的临界功率密度约为1.2×106 W/cm2，低于常规铝合金激光深熔焊接阈值。气孔是主要的焊接缺陷，通常出现在熔合线附近。拉伸实验表明，焊缝靠近熔合线处是接头最薄弱的部位。     

船用高强钢E36激光焊接接头组织和性能的研究

为了促进船用高强钢E36激光焊接技术的发展,利用YAG激光器对3.2mm厚的E36钢板进行对接焊接处理。分析了焊接接头的微观组织形貌与硬度特性;研究了焊接速度对接头性能的影响。结果表明,E36钢激光焊缝(WZ)金属主要由马氏体构成,其硬度高于母材(BM)。焊接接头硬度分布不均匀,在焊缝边缘有着最高硬度;热影响区(HAZ)很窄,且硬度急剧下降。随着焊速变化焊接接头的性能以及硬度特性也发生变化:当焊接速度达到70mm/s时,焊缝区域的最高硬度达到448.9HV,为所有试样中最高,而其热影响区硬度值下降最快。在垂直于焊缝的负载下,焊接速度为20~60mm/s的拉伸试样均断裂在母材,而焊接速度为70mm/s的试样却断在熔合线附近,塑性明显差于断在母材的试样。     

填充热丝激光窄间隙焊接的实验研究

将填充热丝应用到高光束质量、长焦距的光纤激光窄间隙焊接中,不锈钢母材通过激光加热,镍基焊丝通过电流加热,有效利用复合热源的优势,提高了焊丝过渡稳定性和熔覆效率。通过高速摄像机对送丝过程进行在线观察,分析工艺参数对焊丝过渡的影响。研究不锈钢和镍基合金异种金属窄间隙焊接接头的凝固组织,并对焊缝金属进行元素分布扫描。研究发现,由焊丝电流和送丝速度等工艺参数决定的送丝稳定性是影响填充热丝激光焊接质量的最主要因素。对于窄间隙焊接,采用与间隙宽度相当的离焦光斑激光热导焊,可形成较好的侧壁熔合,由熔融金属曲面和侧壁构成的激光反射是侧壁熔合的主要原因。焊缝冷却速度较快,焊缝金属的凝固组织呈明显的对生生长,在坡口侧壁附近其生长方向与侧壁近似垂直,焊缝不存在宏观偏析。在间隙底部直角处容易出现未熔合现象,采用底部圆弧过渡的U型坡口后,可较好地解决底部未熔合问题,获得了无宏观缺陷的焊接接头。     

6005A激光-MIG复合焊接头组织及力学性能研究

为了研究高强度铝合金的焊接性能,了解激光与金属惰性气体(MIG)之间的相互作用机理,进一步优化焊接工艺参量, 采用光纤激光器与MIG复合焊焊机对3mm厚6005A铝合金进行了复合焊接试验研究。结合焊缝形貌、接头的力学性能等,分析了工艺参量对焊缝质量的影响规律。结果表明, 采用激光-MIG复合焊接6005A,在合适的工艺参量下,可以实现表面成形良好的接头;焊缝中的物相主要由-Al固溶体和弥散分布在基体中的第二相Mg2Si组成;焊缝区的显微硬度明显低于热影响区和母材的显微硬度,接头的断裂处发生在焊缝区,这是由于焊接热循环导致焊缝区组织粗化与气孔缺陷所致,接头的断裂形式为韧性断裂,断裂处呈现大量的韧窝,接头的抗拉强度为251.52MPa,可以达到母材的89.19%。焊接质量符合工程需要。     

镁/铝异种金属激光焊气孔形成原因研究

为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。     

铝合金连续-脉冲激光焊接工艺对比实验研究

为了研究5052铝合金激光焊接工艺,采用脉冲激光和连续激光分别对1.5mm厚的5052铝合金板进行了焊接,并对工艺参量进行了优化。通过对两种不同类型激光焊接试样的焊缝形貌的对比、微观组织的分析、抗拉强度和显微硬度测试,可知脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想,使得脉冲激光焊接所获得的焊接质量更加优异,与连续激光焊接相比,其接头的抗拉强度增加了10%。结果表明,脉冲激光焊接和连续激光焊接均可以使焊接试样得到较为理想的焊缝形貌和较高的抗拉强度。     

变形镁合金AZ31B的激光焊接工艺研究

本文以AZ31B变形镁合金为主要对象 ,研究镁合金的激光焊接工艺特点 ,探讨焊接工艺参数对接头组织及性能的影响。结果表明 ,激光脉宽是影响焊接接头性能的主要工艺参数 ,通过控制激光脉冲宽度可以获得高质量的镁合金焊接接头。组织观察发现镁合金激光焊接接头焊缝组织致密 ,晶粒细小 ,热影响区不明显 ;另外硬度试验显示 ,母材、热影响区、焊缝硬度相当。在本试验条件下采用YAG激光焊接工艺能够成功的实现变形镁合金AZ31B的连接 ,接头强度可达母材的 95 %。     

Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接的影响

为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法,采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验,得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀,热影响区不明显;镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg₁₇Al₁₂共晶组织为主,底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织;随着Zn中间层厚度的增加,焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多,Mg/Al间化合物数量明显减少,且连续分布的状态得到改善,剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡;当中间层厚度为0.1mm时,拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头.试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切栽荷与单独激光焊接相比得到显著提高.激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围.     

金属间化合物对AZ31B镁/6061铝异种金属激光焊接性的影响

对AZ31B镁合金和6061铝合金进行了异种金属激光搭接焊接,并着重分析了焊缝中金属间化合物对焊接性的影响.研究表明,中心搭接接头易在铝板内的焊缝近缝区和镁、铝板界面的焊缝部位出现凝固裂纹.边缘搭接接头中不同Mg-Al系金属间化合物在焊缝中弥散分布,并非以简单的金属间化合物层的形式存在.随镁元素在焊缝中浓度梯度的变化,焊缝各局部区域形成的Mg-Al系金属间化合物类型亦因之不同.在本试验条件下,采用适当的激光加工参数可以得到无裂纹的镁/铝异种金属搭接焊缝.但由于焊缝中Mg-Al系金属间化合物不可避免,焊缝脆化现象依然存在.多种金属间化合物分布的焊缝近缝区是焊接接头的薄弱部位.