921A钢激光-MAG复合焊接头组织及性能

针对6 mm厚的921A钢板,采用激光-MAG复合焊接工艺进行对接焊试验,并对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能、耐腐蚀性能等进行了分析。结果表明,采用激光-MAG复合焊工艺可获得成形连续美观的焊接接头,无未熔合、裂纹、气孔等缺陷;焊缝组织为针状铁素体、少量沿晶界析出的先共析铁素体及长条状贝氏体,热影响区组织为马氏体;焊接接头的拉伸性能和冲击性能均符合国家标准要求,焊缝强度高于母材,但塑韧性低于母材。峰值硬度在热影响区,为315 HV,焊缝硬度约为280 HV,符合最高硬度不得超过410 HV的规定。焊缝耐电化学腐蚀性能最强,母材次之,热影响区最低;激光和MAG电弧2种热源共同作用区域的组织分布更加均匀,硬度及耐腐蚀性能较激光单独作用区域有了明显改善。创新点： 采用激光-MAG复合焊实现了6 mm厚度921A钢板无缺陷对接焊的一次焊接成形。焊缝晶粒更加细化,分布更加均匀;焊缝抗拉强度、硬度、电化学腐蚀性能均高于母材,冲击吸收能量满足船级社要求。     

高强钢CO2激光-MAG复合焊接性能

为了研究CO₂激光-熔化极活性气体保护焊（MAG）复合焊接性能,采用CO₂激光和CO₂激光-MAG复合焊接590MPa级高强度钢,对其焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,激光-MAG复合焊接的焊缝金属中,MAG电弧作用区主要为珠光体和贝氏体,激光作用区主要为马氏体;激光-MAG复合焊接的焊缝金属中Mo和Mn合金元素的分布具有不均匀性;激光和激光-MAG复合焊接的试件焊接接头拉伸性能完全满足要求,焊缝强度高于基体强度;激光-电弧复合焊缝金属在-60℃～+15℃试验温度范围内的冲击韧性比激光焊缝金属高;激光-MAG复合焊接焊缝金属硬度在250～400 HV之间,高于基体金属的硬度.     

激光扫描焊接工艺对铝合金焊接气孔率的影响

以6061铝合金为研究对象,研究了激光扫描焊接过程中光束的扫描轨迹、扫描幅度与扫描频率对6061铝合金气孔产生的影响规律.结果表明,与激光非扫描焊接相比,采用光束垂直于焊缝、平行于焊缝和圆形运动3种不同轨迹的扫描方式均有利于抑制铝合金激光焊接气孔的产生,且以光束为圆形轨迹的扫描方式为最佳.光束的扫描幅度及扫描频率对气孔的产生也有重要的影响.采用光束为圆形轨迹的扫描方式,当扫描幅度大于0.65 mm、扫描频率在100~220 Hz范围内时,气孔率可控制在0.5%以内.气孔的产生与焊缝形状有关,减少焊缝深宽比有利于气孔的抑制.     

超高功率激光-电弧复合焊接特性分析

为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解. 借助高速摄像,以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象,对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时,激光热源与不同电弧热源复合,以及是否填丝对焊接特性的影响规律. 结果表明,激光功率增加,羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势,两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时,高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.     

TC4钛合金光纤激光摆动焊抑制小孔型气孔的原因分析

采用光纤激光器对8 mm厚TC4钛合金板进行振镜摆动焊接,采用光谱仪和高速摄像机采集等离子体的光谱、图像及小孔的图像,分析摆动焊接抑制小孔型气孔的原因.结果表明,摆动光束对抑制钛合金小孔型焊接气孔具有显著作用;光束未摆动焊接时,焊缝中的气孔率达9.8%;光束摆动后焊缝中的气孔率均降低,其中焊接参数为5 kW、2 m/min,摆动参数为80 Hz、0.5 mm时,小孔形气孔被完全抑制.与光束未摆动相比,光束摆动焊接的小孔稳定性显著增加,其原因是光束摆动提高了光束与熔池液面的接触面积,金属蒸发增强,驱动小孔张开的径向力和轴向力得以增加.     

激光摆动焊接工艺参数对高强钢气孔率和焊缝成形的影响

以10Ni5CrMoV 高强钢钢板为研究对象,开展了激光摆动焊接过程中摆动轨迹、摆动幅度、摆动频率对焊缝成形和气孔率影响的研究。结果表明,几种激光摆动焊接焊缝的气孔率低于激光不摆动焊接,其中,垂直轨迹抑制气孔产生的效果最为显著。在垂直摆动轨迹下,30～90 Hz范围内,随着频率的增加,焊缝熔宽基本不变,焊缝熔深略有增加。当摆动频率在90～150 Hz范围内,随着摆动频率的增加,焊缝熔宽减小,熔深增加。在摆幅为2 mm时,摆动频率在30～60 Hz的低频区间内,焊缝气孔率相对较低,气孔率低于0.15%。     

激光-MAG复合焊等离子体辐射分析

对于MAG焊、激光-MAG复合焊的等离子体辐射,采用中空探针,使特定点的辐射通过探针对其等离子辐射进行空间分布采集,对比分析激光复合前后等离子体辐射光谱的分布规律,并结合高速摄像,为激光-MAG复合焊的耦合机理研究和工程应用提供理论基础.结果表明,激光复合后,在电弧中心形成一个辐射明显增大的区域,区域外侧存在一个辐射降低区域;在电弧前侧激光复合作用位置,会形成一个以铁辐射谱线为主的"电离通道".激光复合后,电离通道的存在为电弧的稳定提供了基础;在中心区形成了能量集中的辐射通道,改变了电弧中能量的分布,使能量更集中于中心区域,获得比传统MAG焊更大的熔深.     

铁素体不锈钢激光-MAG复合热源焊缝成形及接头冲击韧性分析

利用激光-MAG复合热源分别进行了T4003和TCS铁素体不锈钢的焊接试验研究.通过与常规MAG焊的对比,测试分析了两种焊接方法的焊缝成形、接头的低温冲击韧性及接头的微观组织.结果表明,激光-MAG复合热源焊接易于实现铁素体不锈钢的单面焊双面成形,与常规MAG焊相比,其焊接效率可以提高1倍以上.利用激光电弧复合热源可以提高铁素体不锈钢焊接接头的低温冲击韧性,较常规MAG焊,复合焊接头的低温冲击韧性可以提高50%以上.激光-MAG复合热源焊接接头热影响区粗晶区组织宽度明显小于常规MAG焊接头的粗晶区宽度.     

Suppression of porosity in beam weaving laser welding

Abstract

The present paper describes a beam weaving laser welding technique to suppress argon or nitrogen porosity, which may appear during laser welding of low carbon steel. Bead on plate welding was performed using a 3 kW CO₂ laser. The weaving frequency was varied within 0–30 Hz and the weaving amplitude within 0–2 mm during welding. The experimental results show that under 2.4 kW laser power and 1.0 m min^-1 welding speed, the nitrogen porosity decreases remarkably with increasing frequency, and it can be eliminated for a weaving frequency of 22 Hz with 0.5 mm weaving amplitude. Under 2.4 kW laser power and 1.5 m min^-1 welding speed, beam weaving laser welding can also effectively reduce argon porosity at a weaving frequency of 22 Hz and amplitude of 1.0–1.5 mm.     

光束摆动法减小激光焊接气孔倾向

针对激光深熔焊过程中易出现的气孔问题,作者提出光束摆动激光焊接减小气孔倾向的工艺。利用3kW快轴流CO2激光器分别对激光焊接过程中可能出现的氮气孔和氩气孔进行了试验研究。结果表明,光束摆动激光焊接对氮气孔有显著的消除效果,随着摆动频率的增加,气孔急剧减少,并且在摆动幅度仅为0．5mm的情况下,就可以起到消除气孔的效果;光束摆动激光焊接对于抑制氩气孔也有一定作用,摆动频率越大,摆动幅度越大,对熔池的搅拌越大,越有利于气泡的逸出,焊缝中氩气孔越少。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

为减少大厚板5A06铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用激光光束以一定方式运动的扫描焊接的新焊接方法,研究了激光束不同的运动轨迹、幅度、频率对铝合金激光深熔焊接焊缝气孔率的影响,并在焊接坡口设计优化基础上应用窄间隙扫描激光填丝焊接技术进行130 mm厚5A06铝合金焊接试验. 结果表明,采用圆形扫描方式,当激光光束的扫描幅度大于1 mm,扫描频率选择最高频率附近时,能够大幅降低焊缝气孔率;采用窄间隙激光扫描填丝的焊接方法,获得了焊缝平均气孔率1%,无侧壁未熔合、层间未熔合、裂纹等焊接缺陷的130 mm厚5A06铝合金优质焊接接头.     

船用钢结构的激光焊接及激光-MAG复合焊接

讨论了激光技术和激光焊接及激光-MAG复合焊接技术及其在造船业中的最新进展,简要对比了筋板结构的激光焊接和激光-MAG复合焊接的特点,并介绍了英国焊接研究所(TWI)在造船业采用激光焊接技术的研究进展.所有的工作经验表明,使用光纤传输的Nd:YAG激光在造船业筋板结构焊接中有巨大的应用前景.相对于自熔激光焊接而言,激光-MAG复合焊接制造带筋钢结构有几个方面的优点:焊缝成形好,焊接生产率高,装配间隙的容许误差较大.在焊接过程中,监测传感器有助于检测诱发焊接缺陷产生的各种因素.     

激光—MAG电弧复合热源焊接过程的影响因素

针对激光-MAG电弧复合热源焊接过程的几个主要影响因素展开了研究.通过焊接电弧分析仪发现激光-MAG电弧复合热源焊接时,光斑-焊丝之间的距离为1mm时,焊接电弧最稳定.通过对熔深、熔宽的分析发现,复合后熔深能够增加1.5倍以上,并且激光-短路过渡电弧MAG复合热源焊接还能够改善焊缝的润湿性,增加熔宽,减弱焊缝的咬边现象,与单独激光焊接时相似,当激光的焦点位于工件表面以下1mm时,熔深达到最大值.     

铝合金厚板激光扫描填丝焊接气孔抑制

为减少大厚板5A06铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用激光光束以一定方式运动的扫描焊接的新焊接方法,研究了激光束不同的运动轨迹、幅度、频率对铝合金激光深熔焊接焊缝气孔率的影响,并在焊接坡口设计优化基础上应用窄间隙扫描激光填丝焊接技术进行130 mm厚5A06铝合金焊接试验. 结果表明,采用圆形扫描方式,当激光光束的扫描幅度大于1 mm,扫描频率选择最高频率附近时,能够大幅降低焊缝气孔率;采用窄间隙激光扫描填丝的焊接方法,获得了焊缝平均气孔率1%,无侧壁未熔合、层间未熔合、裂纹等焊接缺陷的130 mm厚5A06铝合金优质焊接接头.     

HS-80高强钢焊丝激光-MAG复合焊熔敷金属特性

研究了HS-80焊丝激光-MAG复合焊和MAG焊两种焊接方法的熔敷金属特性.与MAG焊相比,激光-MAG复合焊熔敷金属的屈服强度、抗拉强度和冲击韧度显著提高,熔敷金属的组织更加细小,合金元素过渡系数增大.高速焊接导致的熔池金属冷却速度快及熔池金属流动性的增加是导致复合焊熔敷金属组织细化的主要原因.焊缝金属中Ti,Mo等...     

激光-MAG复合焊熔质分布与熔池流动特征

采用扫描电子显微镜和高速摄像机分析了CO2激光-MAG电弧复合焊接焊缝中熔质元素的分布规律,以及复合焊熔池的形成过程与熔池内熔质分布的关系.熔质分布与熔池的流动状况及元素添加位置密切相关,其决定因素是激光与电弧两热源间距变化引起的熔池流动特征变化.激光匙孔强烈的波动和熔体紊流可以使熔质分布均匀化,但低熔点金属形成的等离子蒸气冲击力会使熔质在焊缝中形成局部区过度富积,而激光束流的扫描和搅拌可进一步促使熔质元素分布均匀化.当光丝距离为3 mm、元素添加位置距表面1.0 mm时,熔池中添加元素含量较高并且分布最为均匀.     

窄间隙坡口激光-MAG复合焊温度场数值模拟

采用激光电弧复合焊焊接窄间隙坡口钢板,坡口会影响激光光致等离子体及电弧形态,从而改变能量密度分布。采用数值模拟手段,综合考虑激光与电弧的相互作用以及窄间隙坡口对等离子体及电弧的压缩作用,建立激光-MAG复合堆焊热源模型和适用于窄间隙坡口的激光-MAG复合焊接热源模型,并分别进行堆焊和窄间隙坡口对接焊的温度场数值模拟。结果表明,两种热源模型的模拟所得焊缝形状与实际焊接焊缝熔合线相符性良好,熔宽、熔深相近,窄间隙坡口对温度场分布有重要影响。     

铝合金激光扫描焊接工艺特性

为减少6061铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用大功率固体激光光束扫描焊接的方法进行焊接工艺开发. 结果表明,当工艺参数在扫描幅度为0.5 ~ 0.7 mm,扫描频率为100 ~ 200 Hz范围内时可以获得质量较高的焊缝. 激光扫描焊接可以明显抑制等离子体的生成,其尺寸相对于常规激光焊接的2/3,其面积变化标准差约为常规激光焊接的1/2. 相对于常规激光焊接技术,激光扫描焊接过程中熔池形状稳定保持圆状,匙孔在其中沿逆时针方向稳定运动,其面积约为常规激光焊接中匙孔面积的2倍.     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配.借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究.结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复...     

激光功率对2195铝锂合金光纤-半导体激光复合焊接形貌与气孔的影响

光纤-半导体激光复合焊接技术充分结合了光纤与半导体激光热源的优势,在激光加工领域拥有巨大的潜力.针对2195铝锂合金开展光纤-半导体激光复合焊接试验,并定量研究激光功率对焊接形貌与气孔的影响.结果表明,光纤激光功率显著影响焊缝熔深,半导体激光功率显著影响焊缝上熔宽.基于回归分析方法建立焊缝横截面积预测模型.此外,光纤与半导体激光均对焊缝气孔缺陷的控制起着重要的作用,较高的光纤激光功率有利于降低气孔缺陷.对于4 mm厚2195铝锂合金,采用光纤激光功率为3.0 k W、半导体激光功率为2.5～3.0 k W时,熔池温度高且光纤-半导体激光复合作用范围大,焊接接头气孔缺陷少.