线能量对铝/钢双光束激光焊接接头组织及性能的影响

为了研究线能量对铝钢异种金属双光束激光焊接接头组织和性能的影响,本工作通过激光双光束铝钢搭接焊工艺优化实验,获取了焊接工艺窗口,研究了焊接线能量与焊缝成形、显微组织和接头性能的关系.结果表明:不同焊接速度下,线能量过大或过小将导致焊缝出现坑洞或未连接,焊接速度超过0.05 m/s时,线能量的最高值和最低值基本维持不变,且线能量与熔深成正比,与熔宽无相关性.低线能量的焊接接头的抗剪切力为130.70 N/mm,断裂位置位于铝合金焊缝,而高线能量的焊接接头的抗剪切力仅有35.76 N/mm,断裂位置位于铝钢界面焊缝.低线能量接头的显微组织为板条马氏体,显微硬度的最高和最低值分别位于热影响区和焊缝中心,而高线能量接头的显微组织为粗大柱状晶或片状马氏体,显微硬度的最低值位于熔合区.在低线能量和高线能量接头处,主、辅助光束共同作用面积分别占整个焊缝截面积的1/3和2/3.     

2 000 MPa级热成形钢双光斑激光焊接接头成形研究

目的 探究焊接参数对PHS2000型热成形钢焊接接头宏观形貌的影响,利用双光斑激光焊接工艺减少焊接缺陷,得到形貌良好的焊接接头。方法 使用德国通快公司的Tru Disk 5000型双光斑激光器对2 000 MPa级热成形钢进行激光焊接。使用金相显微镜对不同参数下焊接接头正面和背面的宏观形貌及焊缝横截面的熔深和熔宽进行研究。结果 随着激光功率从3 500 W增大到4 400 W,焊接接头成形良好,熔深大体呈增大趋势,深宽比先下降后上升再下降;随着焊接速度从50 mm/min增大到250 mm/min,熔深、熔宽基本降低,深宽比总体呈下降趋势;随着芯环比的提高,焊缝背面成形变差,熔深在芯环比为55%～65%时较理想,深宽比总体呈W形上升;当离焦量为0mm时,焊缝背部出现了较为严重的烧损变色,并且在焊缝两侧产生了飞溅。而随着离焦量降低到-4 mm,烧损变色情况得到改善。结论 激光功率和芯环比对焊接接头成形的影响较为显著。得到了成形良好的焊接接头,且在激光功率为4 700 W、焊接速度为150 mm/min、芯环比为65%、离焦量为-2 mm的焊接参数下,1.4 mm厚2 000 MPa级热成...     

双丝单弧气保焊熔滴过渡及焊缝成形

双丝单弧气保焊是一种新型熔化极焊接方法,系统由单电源、单送丝机构和单焊枪组成,双丝共用一个具有两孔的导电嘴,单电源通过导电嘴同时向双丝输出电流形成单个电弧,双丝末端熔滴相互吸引形成共熔滴并稳定过渡到熔池。采用高速摄像、信息同步采集及焊接电源等装备,开发双丝单弧气保焊熔滴过渡试验系统,研究了不同焊接电流参数对熔滴大小、过渡行为及焊缝形貌的影响,并阐明了双丝单弧气保焊熔滴过渡机理。结果表明：随着焊接电流的增大,熔滴过渡形式依次为多脉一滴、一脉一滴、射流过渡和潜弧射流过渡四种模式,过渡频率逐渐增大,熔滴体积逐渐减小。焊缝形貌研究表明,随着焊接电流增大,焊缝熔深逐渐增大,熔宽先增大后减小,当焊接电流为570 A时,焊缝截面成形质量最佳,此时熔敷速度为15.8 kg/h。     

功率密度对DP590钢激光焊缝熔深及组织的影响

目的研究相同热输入(功率/速度)下激光功率密度(功率/光斑面积)变化对焊缝熔深及组织的影响。方法在保持热输入不变的条件下,对不同功率下1.8 mm厚的DP590钢板进行光纤激光焊接试验,在光学显微镜下检测不同条件下的熔深,在扫描电镜下观察不同条件下的焊缝组织。然后,采用FLOW-3D软件对不同条件下焊接熔池/小孔行为与激光能量吸收进行了计算研究。结果随着功率密度的增加,焊缝熔深总体不断递增,但在速度为0.055 m/s和0.065 m/s时突变。结论通过模拟发现,匙孔吸收的能量影响了焊缝熔深变化。同时,焊缝冷却速率随着焊缝吸收能量的增加而降低,使得焊缝区马氏体组织大小出现差异。     

响应面法分析7075铝合金激光焊接参数对焊接质量的影响规律

本工作选取激光焊接头的外观成形质量作为评价指标,采用响应面法分析焊接参数对焊接质量的影响规律.选用3 mm厚7075铝合金板材进行光纤激光焊接,测量熔深、熔宽和焊缝成形面积,计算焊缝成形系数.借助响应面分析方法将试验数据进行模拟、建模和比对,选择最佳数学模型建立回归模型,得到焊缝成形系数和焊缝截面积的三维响应面曲线.通过模拟预测,发现焊接功率、焊接速度对焊缝成形系数和焊缝截面积的影响较大,离焦量对焊缝成形系数的影响较大.研究结果表明,焊缝成形系数和焊缝截面积的实测值与预测值较为接近,焊缝成形系数预测值比实测值高0.61％,焊缝截面积预测值比实测值高1.9％,模型拟合度较好,得到较优的焊接参数为:焊接功率为2300 W,焊接速度为45 mm·s-1,离焦量为1,保护气体流量为15 L/min.在该参数下的焊缝成形系数为0.803,焊缝截面积为4.436 mm2,焊缝的抗拉强度为325 MPa.     

基于 CMT 电弧增材的焊缝成形尺寸规律研究

目的研究焊接参数对焊缝成形尺寸的影响规律。方法基于冷金属过渡技术,采用正交试验方法得到在不同参数组合下焊缝熔宽、余高和第2层增高,通过多元线性回归拟合,建立了焊缝熔宽、余高和第2层增高与焊接参数之间的回归模型。结果影响焊缝熔宽和余高的主要焊接参数是焊接速度,影响焊缝第2层增高的主要焊接参数是送丝速度,而层间温度的变化对熔宽会有显著影响,但是对余高和第2层增高的影响不大,而且焊缝第2层的增高与余高在数值上存在较大的差异,对比预测值和试验值验证了回归模型的准确性。结论通过改变焊接速度可以引起熔宽和余高的显著变化,层间温度对余高和第2层增高不会造成很大影响。     

奥氏体不锈钢A-TIG焊工艺研究

目的研究焊接参数对焊缝成形和接头宏观组织的影响。方法改变焊接电流、焊接速度、焊接电压以及活性剂中的一个参数,固定其他3个参数不变,对奥氏体不锈钢进行焊接,分析其接头宏观形貌、组织和力学性能。结果随着电流、电压的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在增加,随着焊接速度的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在降低,在相同参数下,将不同活性剂下的A-TIG焊接头的熔深和熔宽进行比较,发现涂敷C4活性剂接头熔深最大达到4.29mm,而常规TIG焊接头熔深为1.38mm,涂敷C4活性剂的接头熔深为TIG焊的3.11倍,且熔宽也有所减小。结论 C4活性剂A-TIG最佳工艺参数为:I=175 A,U=14 V,v=80 mm/min,此时能将6 mm板材焊透,成形良好,在此工艺下焊缝等轴晶范围最大,焊缝组织最为细小。相比于TIG焊,涂敷C4活性剂接头强度系数提升4.1%。     

2 kW半导体激光焊接铝合金工艺研究

为实现半导体激光器对铝合金的焊接,将2 kW半导体激光器的光束进行整形,提高光束质量,光束亮度达到412.00 MW/cm~2.sterad,比整形前的光束亮度增加了7倍。然后采用整形的半导体激光器对1 mm厚度的6063铝合金进行拼接焊接实验,通过对焊接工艺参数激光功率、焊接速度、离焦量进行正交优化实验,焊缝接头最大抗拉强度为172.3 MPa,达到母材的85%,实现了半导体激光对铝合金的激光焊接目标。     

不同脉冲、频率下的双丝匹配对焊缝的影响研究

目的 为提高双丝焊接质量,探究不同脉冲和频率下的双丝匹配对焊接质量的影响。方法 采用MIG焊接技术,在3 mm厚的不锈钢板上进行焊接实验,之后观察和分析焊缝表面形貌、电流波形、金相组织以及截面几何形状参数。结果 在同一频率下,前丝单脉冲组的熔深总是小于对应双脉冲组。随着双脉冲频率的增大,熔深、余高也随之增大,熔宽变化不大。结论 在频率为4 Hz时进行焊接能得到较为美观的焊缝。在双丝匹配时,前丝单脉冲会阻碍后丝双脉冲对基板的挖掘和熔滴对熔池的搅拌作用,且前后丝位置顺序对熔深、余高影响较大,对内部金相组织生长形态影响较小。     

铁素体不锈钢焊缝晶粒细化技术的研究现状

铁素体不锈钢具有无Ni、导热性好、线膨胀系数小和成本低等优点,且在氯离子环境下具有比奥氏体不锈钢更好的耐应力腐蚀性能,被广泛应用于汽车、海工和石化等领域。但在焊接过程中,焊缝区和热影响区极易产生晶粒粗大的现象,导致接头塑韧性下降,尤其是厚板大熔深的自熔焊接时塑韧性呈断崖式下降。本文通过收集、分类和分析国内外铁素体不锈钢焊缝晶粒细化的研究数据,总结了铁素体不锈钢焊缝晶粒细化的方法,如控制焊接参数、预热与提高冷却速度、调整熔池合金元素、脉冲焊接、电磁搅拌和超声波振动等方法。基于现有文献,采用非均质形核、促进晶粒游离以及枝晶熔断三种不同的机制来解释焊缝组织晶粒细化现象。最后对铁素体不锈钢焊缝晶粒细化方法进行了展望,采用外加能场的方法对熔池金属的流动具有一定影响,特别是研究多物理场下的焊缝组织晶粒长大行为,将为大熔深自熔焊焊接头性能的提高提供新的思路与方法。未来研发实际应用性强的晶粒细化装置和设备,发展大熔深自熔焊接下铁素体不锈钢焊缝的晶粒细化技术将成为主要趋势。     

光束摆动对T2紫铜激光搭接焊缝成形及力学性能的影响

目的 采用激光光束摆动方式改善T2紫铜激光焊接的焊缝质量,提高T2紫铜搭接焊接头的力学性能。方法 对比不同摆动模式下T2紫铜搭接焊接头的焊缝成形,测试圆形摆动模式下摆动频率和摆动幅度对接头横截面形状的影响。采用显微镜观察分析焊缝金相组织,并研究摆动工艺参数对显微硬度、抗剪力的影响规律,最终得到最佳的工艺参数组合。结果 相对于常规激光焊接和横向、无穷摆动模式,圆形摆动模式下T2紫铜焊缝成形最好。圆形摆动模式下,摆动频率从100 Hz增大到600 Hz时,熔深相应减小,熔宽变化不大;摆动幅度从0 mm增大到2 mm时,熔深相应减小,熔宽增大。接头断裂形式一般为焊缝边缘断裂,且接头光束摆动重熔区域等轴晶有所增加。当摆动频率由100 Hz增大到500 Hz时,结合面熔宽变化不大,显微硬度相应增大,接头得到强化,抗剪力由2.07 kN增大至2.32 kN;当摆动幅度从0 mm增大到1.2 mm时,显微硬度有所降低,结合面熔宽由0.332 mm增大到1.347 mm,抗剪力随之由1.35 kN增大至2.36 kN。结论 圆形光束摆动模式下,当A=1 mm,f≥300 Hz或f=300 Hz,1 m...     

PHS1800热成形钢自动化TIG焊接成形特性及工艺优化

目的 研究不同焊接参数下PHS1800热成形钢自动化TIG焊接的成形特性及其工艺优化。方法 利用自动化TIG焊接技术对厚度为1.4 mm的PHS热成形钢板进行焊接,采用金相显微镜、扫描电子显微镜和万能实验机,对焊接接头的熔深、熔宽以及拉伸性能进行测试。结果 随着焊接速度的增大,焊缝熔深从板厚深度(1.4 mm)减小至0.99 mm,焊缝熔宽从8.69 mm减小至5.70 mm;随着焊接电流的增大,熔深从0.85 mm增大至板厚深度(1.4 mm),熔宽从4.52 mm增大至9.83 mm;随着脉冲频率的增大,熔深从0.98 mm增大至1.35 mm,但熔宽变化相差不明显。基于L25(5³)正交实验,确定焊接接头最大拉伸载荷为23.34 kN,其断口为脆性断裂。结论 焊接电流对成形特性影响最大,焊接速度对拉伸性能影响最显著。为了得到成形效果良好的焊接接头,热输入量不宜过高,因此需适当增大焊接速度或降低焊接电流。制备出的焊接接头成形与力学性能均良好,且优化后的工艺参数如下:焊接速度为6 mm/s,焊接电流为116 A,脉冲频率为26 Hz,可为汽车企业实际生产提供一定的理论依据。     

高强度钢框架梁柱节点焊接构造的断裂性能试验研究

为研究高强度钢材焊缝连接在实际节点构造中的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字型焊接接头试件,采用对接熔透焊和角焊缝两种焊缝类型,完成了20个高强度钢材典型焊接构造在单调拉伸和往复加载下的断裂性能试验,研究了高强钢焊接构造断裂机理,探讨了焊缝类型、荷载类型及钢材强度对典型构造细节断裂性能的影响。研究结果表明,焊缝类型对高强钢焊接构造断裂性能有较大影响,拉-卸载作用导致高强钢焊接节点热影响区材料损伤开裂,往复加载幅值越大,高强钢焊接节点的缺陷敏感性越大,越容易发生断裂失效。试验得到对接熔透焊和角焊缝试件在单调拉伸和往复加载下的断裂临界伸长量和临界荷载,为发展高强度钢材节点焊缝区域的断裂分析模型提供依据。     

5A90铝锂合金激光焊搭接接头的组织和性能

以厚度为3.0和4.0 mm的5A90铝锂合金板为研究对象,系统地开展了铝锂合金双光点激光焊接工艺研究,并对激光焊搭接接头的组织和性能进行了分析。结果表明:通过合理的选择激光功率和焊接速度可保证焊接过程的稳定性,改善焊缝的成形质量;在母材半熔化区与焊缝柱状晶之间存在一条等轴细晶带,焊缝中心组织为等轴树枝晶,晶粒尺寸一般随激光功率的降低和焊接速度的增大而细化和均匀化。     

基于机器学习的薄板等离子弧搭接焊的熔深预测

在等离子弧搭接焊中,搭接焊接头的焊缝熔深是评价焊接质量的关键指标之一,而焊接过程中的热输入信息和熔池图像信息都与焊缝熔深有密切关系。本文通过建立304L不锈钢薄板等离子弧搭接焊数据采集系统,利用LabVIEW实时检测电信息,采用视觉传感技术实时获取薄板等离子弧搭接焊过程中的熔池图像,并通过图像处理方法获得熔池的几何参数信息,结合焊接工艺参数,选择峰值电流、峰值电压、焊接速度、离子气流量、保护气流量、熔池宽度和熔池后端长度作为输入量,焊缝熔深作为输出量,建立了基于支持向量机回归和BP神经网络的熔深预测模型。实验验证表明,采用径向基函数的支持向量机回归模型可以有效地对焊缝熔深进行预测,并具有很好的泛化能力,可为进一步实现在线优化焊接工艺参数提供依据。     

储能缝焊工艺对304不锈钢接头性能的影响

为研究电容储能缝焊工艺对304不锈钢接头性能的影响规律,对0.5 mm厚304不锈钢板进行了缝焊工艺实验,通过接头拉剪力检测和金相显微组织观察,对比了不同焊接速度、充电电容和放电频率下的缝焊接头组织特点,并分析了各工艺参数对接头拉剪力、熔核宽度、焊缝重叠量和焊透率的影响.结果表明:储能焊焊缝中心晶粒细小,熔合区为柱状晶,重叠部位晶粒粗大,接头组织呈现不均匀性,随着充电电容的增大晶粒变得更细密,组织不均匀程度显著降低,焊接速度和放电频率增大导致晶粒组织粗化并出现缩孔缺陷,提高电极压力可克服缩孔并使组织趋向均匀;充电电容对接头拉剪力的影响较小,焊接速度、充电电压、放电频率和电极压力调到一个合适值后,继续增大参数值对接头拉剪力影响很小;焊接速度的增大引起焊缝熔核宽度和重叠量急剧下降,充电电压增大引起焊缝焊透率下降过多,导致飞溅、过烧、毛刺等焊接缺陷的产生.因此,304不锈钢储能缝焊应采用低的焊接速度、较小的充电电压和较高的电极压力。     

旋转速度与焊接速度对铝铜异种材料搅拌摩擦焊接头成形的影响

目的为了获得较好的铝铜异种材料搅拌摩擦焊焊缝,研究旋转速度与焊接速度对焊缝成形的影响规律。方法采用对接的方式对4mm厚的纯铝和紫铜进行搅拌摩擦焊,对比了不同旋转速度和焊接速度对铝铜异种金属焊缝表面的影响,并对焊缝内部成形变化进行了分析。结果旋转速度和焊接速度对焊缝的成形影响较大,当旋转速度为1200 r/min,焊接速度为10 mm/min时,焊缝表面成形美观,焊缝表面相对较为光滑,焊缝内部存在相互交叠的片层结构和漩涡状结构,焊缝内部未见明显缺陷;与旋转速度1200 r/min,焊接速度10mm/min相比,在焊接旋转速度减小或者焊接速度变大时,由于焊接热输入减小,造成焊缝表面出现沟槽、孔洞等焊接缺陷,同时搅拌针的旋转搅拌作用影响焊缝成形和焊缝内部缺陷的产生。结论选择合适的旋转速度和焊接速度能够获得宏观成形较好和内部缺陷较少的焊缝。     

金属粉末过滤管与法兰焊接焊缝研究

研究了不同焊接工艺参数下,金属粉末过滤管与法兰焊接焊缝宽度、热影响区宽度、熔深和微观组织以及这些参数与焊缝强度的关系,寻找保证焊缝强度的最小焊接线能量,分析了影响焊接强度的因素.     

锆合金浅焊缝熔深超声显微检测技术研究

核电站燃料元件中采用了大量锆合金材料,燃料元件常采用电子束焊接方式连接,其中某些焊缝熔深为800-1000μm,属于浅焊缝熔深,焊后利用无损检测方式进行焊缝熔深检测。焊缝熔深检测常用的无损检测方法为超声法,但由于盲区、灵敏度及分辨力等原因,对于小于1mm的焊缝熔深无法达到很高的检测精度,为此通过调研提出了一种新的焊缝熔...     

FV520B钢激光焊接工艺参数优化及组织性能

借助正交试验方法优化FV520B钢板激光自熔焊焊接参数,以便为后续开槽焊叶轮的激光打底焊提供参数选择依据.利用极差分析法进行焊接参数初选,以熔深为响应量,在较大的参数范围内选出符合熔深条件的较小参数范围.经参数复选,确定的优化焊接参数为:激光功率4.2 kW,焊接速度35 mm/s,光斑直径1.2 mm.选用优化参数进行对接自熔焊,观察发现焊缝熔化区(FZ)组织主要为白色的马氏体和黑色的δ铁素体,并含有少量的碳化物,其中δ铁素体呈现出蠕虫状和板条状两种形态.激光线密度对焊缝熔深的影响较大,熔深随线密度的增大而增加,呈幂函数关系;焊缝的维氏硬度随线密度的增大而略有降低.优化参数后经对接焊得到的焊缝熔化区的硬度略低于母材(BM),热影响区(HAZ)软化比较明显.拉伸实验结果表明,由于缺陷的存在,焊缝的屈服强度、抗拉强度低于母材;而无缺陷或者极少缺陷的情况下,焊缝的强度优于母材.