激光-电弧复合焊接工艺参量的研究进展

激光-电弧复合焊接足近几年在国际上得到迅速发展和廊用的焊接前沿新技术,是材料优质高效连接的最佳熔焊工艺.激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种工艺,影响焊接过程的参量较多,而这些因素的设置对焊接过程的稳定性、焊接接头的质量都有重要影响.从激光器类型的选择、辅助电源类型的选择、焊接方向、激光离焦量、激光-电弧之间距离...     

钢铁材料激光-电弧复合焊接技术研究进展

激光-电弧复合焊接技术是高能束焊接领域的研究热点之一,也是厚规格(厚度大于等于5 mm)钢铁材料激光焊接的优选焊接方法。系统地介绍了国内外研究学者及企业在激光-电弧复合焊接钢铁材料方面的研究进展,并简要地阐述了新型纳米强化钢(屈服强度600~700 MPa级)光纤激光-电弧复合焊接方面的最新研究工作,同时对厚规格钢铁材料激光-电弧复合焊接技术的研究方向进行了分析与展望。     

超声波对铝合金激光-电弧复合焊接影响的研究

为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题，以5083-O铝合金为研究对象，进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响，并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明，超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低，主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度，并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态，使熔池的结晶条件发生改变，从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa，且断裂位置发生在热影响区，主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。     

激光电弧复合焊接AZ31B镁合金

采用激光束与电弧复合焊接AZ31B镁合金，研究了这种复合热源对焊接熔深、表面成型的影响，探索了激光-电弧不同复合方式对焊接过程中电弧稳定性的影响。结果表明，激光束与焊接电弧共同组成的复合热源在正向焊接镁合金时形成的焊接熔深，比单独采用钨极氩弧焊(TIG)焊接增加了1倍左右，同时复合热源焊接电弧稳定性也较钨极氩弧焊接提高了1倍以上，是一种理想的镁合金焊接方法；而当激光-电弧复合热源反向焊接时，电弧稳定性较正向焊接进一步增大。对复合热源的电弧稳定性和激光吸引电弧的现象以及熔深增加的机理进行了讨论。     

激光-电弧复合焊接临界速度规律研究

为了加深对激光-惰性气体熔化极电弧(MIG)复合焊接特性的认识程度,采用厚4 mm的Q235低碳钢系统研究了激光功率、电弧电流和坡口间隙对复合焊接临界速度的影响规律.结果表明,激光功率、电弧电流和复合焊接临界速度成正比关系.激光功率是决定卜临界速度Vmax的主要因素,电弧电流是决定下临界速度Vmin的主要因素.增加坡口间隙能同时提高Vmax和Vmin但其对Vmin的影响更显著.在实验范围内,坡口间隙对Vmax和Vmin的最大提高幅度分别可达20%和35%.此外,激光功率越大,复合焊接可选速度范围ΔV越大.在既定激光功率下,增加电弧电流会减小ΔV.     

激光-电弧复合焊接的热源相互作用

为了研究激光-电弧复合焊接的热源相互作用,提升对复合焊接复杂物理过程的认识程度,进一步优化工艺参数,采用CO2轴快流激光器和钨极氩弧焊机在3mm厚316L不锈钢板上进行了复合焊接试验研究。定义无量纲参数——复合焊接熔化效率增量δ来表征热源相互作用的变化。结合焊缝成形、等离子体形貌,通过δ半定量分析了激光、电弧热源间距和能量配比对热源相互作用的影响。结果表明,在优化的参数组合下,δ高达83.6%。其中,电弧对工件的预热作用能够提高激光能量的利用率,增强热源相互作用,但是激光-电弧等离子体相互作用才是提高热源相互作用程度的关键机制。     

万瓦级激光-电弧复合焊接焊缝成形特性分析

为探究万瓦级激光-MAG复合焊接焊缝成形特性,在不同的激光功率下,对比分析了三种不同复合焊接方法在焊缝成形、等离子体形态方面的差异性及关联性。结果表明：随着激光功率变化,焊缝的特征尺寸及波动与等离子体的特征尺寸及波动具有一定的对应关系,具体表现为：随着激光功率增加,等离子体面积及其波动都增加,焊缝熔深、熔宽及其波动均增加;当激光功率增加到20 kW时,等离子体面积及其波动的增量开始减小,焊缝尺寸的增量也开始减小,焊缝成形质量开始变差。激光-单丝MAG复合焊接方法在20、25、30 kW激光功率下的平均熔深增量相比5、10、15 kW下的减小了71.64%。在相同的工艺参数下,与激光-单丝MAG复合焊接相比,激光-单丝MAG复合填丝焊接下的等离子体面积及其标准差显著增加,熔深减小,成形变差,而激光-双丝MAG复合焊接下的等离子形态、焊缝成形变化均不明显。随着激光功率增加,不同的添丝方式体现在焊缝成形及等离子体形态等方面的差异性逐渐增强,当激光功率增加到20 kW时,焊缝熔深以及影响熔深的等离子体面积及其波动的增量有所减小。     

窄间隙条件下激光-电弧复合焊接稳定性研究

相对于当前的厚板焊接方法,激光-电弧复合焊接有很多优点。为了使激光-电弧复合焊接技术应用于厚板焊接,本文采用4 KW光纤激光器针对16 mm厚低碳钢板进行激光-电弧复合焊接打底焊接工艺研究,探究了坡口尺寸、电流值、速度等规范参数对激光-电弧打底焊接稳定性的影响,通过金相观查焊缝横截面形貌。结果表明:坡口尺寸、电流以及焊接速度是影响激光-电弧复合焊接过程稳定性的主要工艺规范。通过电弧电流等工艺规范的匹配,激光-电弧复合焊实现5 mm钝边,12°类Y型坡口的熔透打底焊接。     

5052铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔特性分析

CO2激光-金属惰性气体保护焊(MIG)复合焊接作为一种高效快速的焊接方法,其焊接铝合金较易产生气孔。为了分析中厚度铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔特性,采用在10mm厚的5052铝合金上进行堆焊试验的方法进行了理论分析和实验验证,可知热源间距和背部保护气垫块对铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔有较大的影响,热源间距在2mm～3mm时气孔率最小。结果表明,采用背部保护气垫块可以有效抑制气孔。     

焊接速度对激光-电弧复合焊接焊缝成形和低温冲击韧性的影响

开展了440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接试验,研究了焊接速度对焊缝成形和低温冲击韧性的影响规律。结果表明,焊接速度对焊缝成形具有较大影响：焊接速度较小时,焊接热输入较大,熔池易塌陷;焊接速度较大时,由于激光能量密度不足,激光小孔熔透不稳定,焊缝底部易形成驼峰。随着焊接速度增大,440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝的低温冲击韧性呈先增加后降低的趋势：当焊接速度低于1.0 m/min时,焊缝的-40℃冲击吸收功较低,小孔型气孔是主要影响因素;当焊接速度为1.2 m/min时,气孔倾向小,焊缝的冲击吸收功达到了175 J;当焊接速度增加到1.5 m/min以上时,贝氏体含量较大,焊缝的低温冲击吸收功下降。     

激光-熔化极脉冲电弧复合焊接的双重导电机制

对激光-电弧复合焊接的稳弧机理始终存在不同的观点。通过高速摄像机和光谱分析仪对比研究了激光与电弧复合前后电弧形态发生的变化。研究发现复合后电弧呈现一种全新的形态,具有两个独立的导电通道,这种现象被称为"双重导电机制"。这种机制对维持电弧稳定和保证焊缝成型良好具有非常重要的意义,正是激光-电弧复合焊接高速焊接过程中稳弧的关键所在。研究还发现"双重导电机制"的建立过程存在时间顺序,辅助导电通道首先是从激光小孔周围建立起来,然后逐渐扩展到整个电弧区域。各种焊接参数对"双重导电机制"也存在明显的影响。     

低碳钢CO2激光-脉冲MAG电弧复合焊接工艺研究

为了进一步了解激光-电弧复合焊接机理及其影响因素,采用A3钢进行了CO2激光-脉冲金属熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接的工艺研究。分析了CO2激光-脉冲MAG电弧复合焊接中焊接方向、热源间距、激光功率、电弧电流、焊接速度等工艺参数的影响。结果表明,采用适当的参数,激光电弧的能量能够有效耦合,增强焊接效果。其中,复合焊接熔深是单独激光的1.6倍、MAG电弧焊接的2.2倍;焊接速度是单独激光的2.7倍。     

铝合金2007的激光焊接

研究了采用高功率Nd:YAG连续激光器焊接铝合金2007的方法和工艺参数。通过观察焊缝截面,发现存在气孔和热裂纹。工艺实验表明,采用填充焊丝AlSi12激光焊接可有效抑制热裂纹的产生。     

6082铝合金激光-MIG复合焊接工艺及接头组织性能

铝合金具有密度低、比强度高、耐蚀性强和成型性好等优点,已经成为高速列车车体轻量化制造的主要材料.激光-MIG复合焊接热输入低、焊接速度快、工艺稳定性高,是高速列车铝合金车体低变形、高效率、高质量焊接的理想技术.针对高速列车用6 mm厚6082-T6铝合金开展激光-MIG复合焊接工艺特性研究,系统研究复合焊接工艺参数对焊...     

激光-电弧复合焊接的研究进展

激光-电弧复合焊技术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研究人员的重视.激光-电弧复合焊接将两种物理性质和能量传输机制截然不同的热源复合在一起,实现优势互补,提高焊接效率和质量.结合作者的研究工作,概括了激光-电弧复合焊接中激光与电弧相互作用、熔滴过渡特性、小孔和熔池动态行为、复合焊接工艺技术及应用等方面的最新研究进展.     

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.     

激光-电弧复合焊接焊缝形貌及形貌对称度预测

在激光-电弧复合焊接中,由于焊接参数众多及各参数之间的耦合性,任何一个参数的变化均会对焊缝形貌产生显著影响,如何选取激光-电弧复合焊接工艺参数,从而获得良好的焊缝形貌稳定性一直是复合焊接研究的重点。采用极坐标的方法对试验样件焊接形貌进行测量,以焊缝形貌中心为坐标原点,每间隔15°对焊缝形貌进行测量,从而得到对应的24个极坐标尺寸。针对繁多的焊接工艺参数和焊缝形貌,采用BP神经网络来建立复合焊接平板对接焊主要焊接参数(焊接电流、激光功率、焊接钝边、坡口角度、焊接间隙)和测量得到的24组极坐标尺寸之间的BP神经网络预测模型,并用遗传算法对预测模型进行优化。根据预测得到的24组形貌尺寸,通过计算左右对称尺寸差值的方差作为激光-电弧复合焊接焊缝形貌的对称度。研究结果显示,优化后的焊接工艺参数和极坐标尺寸之间的预测精度在5%左右,焊缝形貌对称度预测误差在13%左右。此方法对于焊接工艺参数的优化研究具有重要意义。     

低功率YAG激光-MAG电弧复合焊接的研究

本文以低功率YAG激光-MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢为基础,对低功率激光复合焊接中的一些特点进行了初步研究。试验结果表明,焊接速度是复合焊接过程中的一个重要参数,焊接熔深主要由激光的能量决定;低功率复合热源和单MAG焊缝组织都是由奥氏体和枝状的δ-铁素体组成,但在同样的焊接熔深下复合焊接组织晶粒比单MAG焊缝中的晶粒细小;发现复合焊接中由于YAG激光的加入,在激光作用点上方粒子的热运动和电离程度比单MAG焊接强烈;复合焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度大于单MAG焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度。     

薄板长直结构激光-电弧复合焊条件下焊接变形数值模拟

基于通用有限元软件MSC. Marc开发了考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟薄板长直结构的焊接变形。采用所开发的数值模拟方法,计算了含有两条焊缝的薄板长直焊接结构在激光-电弧复合焊接条件下的焊接变形,并研究了焊接顺序、焊接热输入和两条焊缝的热输入比对焊接变形的影响。数值模拟结果表明：在本研究所采用的拘束条件下,焊接顺序对焊接变形有显著影响;对于非对称焊接结构,先焊局部刚度较大焊缝产生的焊接变形相对要小些;在两条焊缝热输入相同的情况下,焊接结构的变形大小与焊接热输入大小呈现正相关关系;两条焊缝的热输入比对于非对称结构的焊接变形也有较大的影响。