高功率光纤激光焊接羽辉对焊接过程的影响

采用IPG YLS-6000光纤激光进行平板焊接实验。利用高速摄像观测羽辉的形态,通过超音速横向气帘在不同高度处抑制羽辉的高度,并测量熔宽和熔深,研究羽辉对焊接过程的影响。结果表明高功率光纤激光焊接羽辉可分为两部分:小孔口波动部分和类似于激光束聚焦形态的狭长形部分。当超音速横向气帘在距焊接板面5mm高度处抑制羽辉上升后,焊接熔深和熔宽分别提高约20%和缩小约24%;焊接过程的稳定性和焊缝表面成形也得到了很大提高。进一步分析表明,羽辉对光纤焊接过程产生了显著影响,其本质是羽辉中存在的微粒对光纤激光产生了显著影响。     

光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰的影响

为了研究高功率光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰倾向的影响,采用单一变量方法研究了激光功率、焊接速度、离焦量、下表面保护气体流量及焊接方位的变化对底部驼峰的影响。结果表明,随激光功率的增加,底部驼峰倾向先加大后减小;焊接速率提高时,底部驼峰高度先增加后减小,驼峰间距明显减小;离焦量在0mm附近时,底部驼峰倾向较大;适当的下表面保护气体流量有助于减小底部驼峰倾向,最佳流量为15L/min;焊接方位为60时,一定程度上可减小底部驼峰倾向。优化后的工艺参量合理, 可有效地消除底部驼峰。     

焊接方向对光纤激光-MIG复合焊接钛合金焊缝成形的影响

新型光纤激光器具有光束质量好、电光转换效率高、维护费用低、抽运寿命长、可光纤传输及体积小等显著优势,并且由于波长短,几乎可以被大多数的金属和合金吸收,因此可适用于各种材料的焊接和切割,受到工业界广泛的关注。采用光纤激光与惰性气体保护(MIG)电弧复合热源进行了TC4钛合金的焊接工艺试验,研究了激光引导电弧(LL)和电弧引导激光(AL)两种焊接方向对钛合金焊缝表面成形、横截面形貌、熔深、熔宽和余高的影响。试验结果表明,与AL方向焊接获得的焊缝相比,LL方向焊接获得焊缝的表面成形较好,焊缝的熔宽较宽,但熔深较小,而改变焊接方向对焊缝的余高影响很小。     

高功率光纤激光焊接的研究进展

光纤激光焊接是一种具有较好工业应用前景的新技术,目前已经引起了国内外学者的重视。详细讨论了高功率光纤激光焊接低碳钢及低合金钢、不锈钢、高强钢、铝合金、镁合金、钛合金等材料的研究现状,分析了高功率光纤激光焊接的特点,最后总结了高功率光纤激光焊接研究进展,并提出了研究的方向。     

光纤激光入射角对高强钢对接焊焊接性能的影响

研究了光纤激光入射角变化对车用高强钢(B340/590DP)对接焊焊接性能的影响\.采用前期试验得出的激光垂直入射状态下的最优焊接参数,在该最优参数条件下,利用4 kW光纤激光器进行了1.6 mm厚的双相B340/590DP不同入射角条件下的对接焊试验。分析入射角变化对焊接件外观形貌、焊缝截面、力学性能和微观组织的影响。试验结果表明：激光入射角小于40°时焊缝外观形貌良好,组织细密均匀,能承受较大的拉剪载荷且拉剪试验均断裂在母材区;入射角大于40°时,焊缝背面形成单边焊。     

错边量对车用镀锌钢光纤激光焊接性能的影响

为了研究错边量变化对车用镀锌钢光纤激光对接焊焊接性能的影响,采用正交试验,获得无错边状态下的最优焊接参量,在该最优参量下进行了不同错边量的焊接接头的表面、截面形貌分析,以及显微硬度、接头力学性能和金相组织测试,还研究了对接间隙对临界错边量的影响。结果表明,当错边量小于或等于0.30mm(约板厚的17%)时,焊缝表面成形良好;焊缝区和热影响区显微硬度高于母材;焊缝拉伸强度优于母材,且拉伸试验均断裂在母材区;错边量的变化对金相组织无明显影响;对接间隙的变化对最大允许错边量值有很大影响。     

光纤耦合半导体激光的焊接性能

为了拓展半导体激光器在激光加工领域的应用范围,使其能够应用到厚板金属材料的焊接中,采用了Laserline公司研制的LDF4000-40光纤耦合半导体激光焊接系统,研究了其厚板SUS304奥氏体不锈钢的焊接性能。实验结果表明,其厚板SUS304奥氏体不锈钢焊接过程中完全能够形成匙孔效应,具有较强的穿透能力;相比于同等工作条件下的光纤激光,其焊接熔深有所减小,而焊接熔宽有所增加;焊缝成型及焊接过程稳定性要优于光纤激光,飞溅量明显小于光纤激光。由此证实了光纤耦合半导体激光器完全可以用于厚板金属材料的焊接。     

液晶显示器激光背光光源侧体发光光纤的设计与研究

设计并研究了对光纤侧面加工的方法,使光纤侧面发光,从而获得了液晶显示器背光模组所需要的多发光点结构的激光光源。模拟分析了对光纤侧面加工时不同孔深、孔面积、孔几何结构等参数对光纤光场的影响,得到了各个出光点对应光场照度最大值在5%均齐度范围内的光场。     

光纤激光及CO_2激光焊接高强钢

为了比较光纤激光及CO2激光焊接特性,采用2 kW光纤激光器及2.4 kW CO2激光器对590 MPa高强钢板进行焊接试验,通过改变离焦量及焊接速度等焊接参数,研究了两种焊接方法的熔深变化情况。结果表明,当焊接速度和输出功率相同时,光纤激光与CO2激光焊接相比可获得更大的熔深;在负离焦条件下,离焦量在焦深以内时可使熔深增大;功率一定时,熔深随着焊接速度的增加而减小,但是CO2激光焊接的熔深减小比率大于光纤激光焊接。     

填充焊丝对A7204铝合金光纤激光-VPTIG复合焊接头的影响

基于光纤激光-变极性钨极稀有气体保护电弧焊(VPTIG)复合焊技术,利用不同填充焊丝对A7204铝合金进行了焊接,分析了复合焊接接头的显微组织与力学性能,并研究了接头的软化行为及机制。结果表明,ER5087填充焊丝条件下的焊缝上部铸态组织最细小;自然时效90天后,三种填充焊丝条件下的接头力学性能相近,拉伸试样基本断裂于近母材侧的热影响区;三种填充焊丝条件的焊接接头在距熔合线1.6~2mm处的热影响区硬度最高,而在距焊缝中心3~7mm处的热影响区有明显的软化带;焊接热影响区存在明显的时效硬化区和再结晶软化区,且自然时效对热影响区软化具有明显影响。     

激光焊接封装的光纤光栅智能悬臂梁

针对光纤光栅在封装过程中容易遭受高温和热应力等破坏,采用激光焊接技术将镀镍金属化后的光纤光栅封装在316不锈钢表面。为了解决光纤光栅温度与应变的交叉敏感问题,基于参考光栅法的温度补偿原理制成了一种智能悬臂梁,实现了对温度和应变的同时测量。试验表明:光纤光栅两侧与不锈钢结合良好,激光焊接过程中光纤表面镀层未被损坏;焊接封装的光栅在23～47 ℃温度范围内进行了温度传感分析,温度灵敏度为22.15 pm/℃,较裸光栅提高了1.34倍。在恒定室温环境下和变温环境下,对焊接封装的光栅进行了应变传感试验,光纤光栅中心波长与应变成均线性变化关系,应变灵敏度分别为-2.24 pm/g和-2.27 pm/g。该智能悬臂梁有较高的测量精度,可用于工业生产中对温度和应变的实时监测。     

激光熔化沉积TC17钛合金光纤激光焊接特性

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。     

吹气式光纤带单元的开发

与其它光缆一样，要求吹气式光纤带单元具有较高的光纤密度和较低的成本，此外，还要求具有优良的可加工性能，如单元护套易于去除而无需任何工具。     

TC4钛合金光纤激光焊接工艺研究

采用6 kW光纤激光器焊接5 mm厚TC4钛合金,试验研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响,分析了焊接接头微观组织和硬度,测试了室温下焊缝的力学性能.研究结果表明:光纤激光焊接5 mm厚钛合金,能够得到成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头.接头各区域的显微硬度均高于母材,焊缝抗拉强度与母材相当.     

5083铝合金光纤激光填丝焊接工艺

5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题,采用5087焊丝作为填充材料,对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验,分析了影响焊缝成形的主要因素,并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明:与自熔焊相比,填丝焊工艺参数为功率6kW,焊接速度7.5m/min,送丝速度4.5m/min,光丝间距1.0mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷,获得成形饱满,组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304MPa,约为母材的88%,比自熔焊提高了6.17%左右;延伸率平均为5.43%,比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝,断口呈现典型的韧性断裂特征。     

光纤激光-TIG复合焊接316不锈钢板研究

以316不锈钢板为对象, 研究了其光纤激光-TIG复合焊接的工艺特点, 探讨了各主要参数对焊缝成型的影响规律。结果表明, 相比单独TIG焊接, 用光纤激光-TIG复合热源焊接316不锈钢, 焊接速度能明显提高, 熔深明显增大, 而熔宽增加并不明显甚至减小。以复合焊工艺 (TIG电流120 A, 激光400 W, 焊接速度27 cm/min)对5 mm厚316不锈钢板进行对接焊, 结果显示光纤激光-TIG复合焊接316不锈钢板相比单独TIG焊接能够显著提高焊缝的抗拉强度, 使其非常接近母材, 弯曲性能也与母材一样良好, 同时焊接变形明显减小。     

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。     

高功率光纤激光-TIG复合焊接实验研究

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验;通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态,并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律,并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明,高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%,且基本不受电流大小的影响,焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大;在一定热源间距范围,复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒,从而显著削弱羽辉对激光的影响。     

高功率光纤激光焊接底部驼峰的机理研究

高功率光纤激光焊接SUS 304不锈钢板的过程中,熔池由于受力不平衡出现下掉,并在试件底部流动堆积,从而形成底部驼峰。采用高速摄像和"三明治"试件焊接新方法,分别从不同角度拍摄熔融金属的流动情况并从侧面直接观测小孔和熔池的变化过程。结果表明,孔内熔融金属流动的不连续和小孔前沿孔壁凸起向下移动,以及孔内金属蒸气压力导致小孔底部熔池形成多个熔滴;底部熔池表面张力和熔池的流动导致熔融金属不断向后流动从而汇聚形成驼峰;底部驼峰的形成影响熔池的流动状态,是导致焊缝表面塌陷的原因。     

车用高强钢板的光纤激光焊接实验研究

采用IPG YLR-6000光纤激光器对宝钢生产的汽车用700MPa高强钢板进行了焊接试验,并对焊接样品的焊接区和母材进行显微组织分析,结果表明焊接区域经过激光快热快冷后形成均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸较母材细小.对焊接后样品进行力学性能测试,试样的断裂位置为母材,表明焊接对母材的力学性能的影响不大,可以使用光纤激光实现车用高强钢的高质量焊接.