铝合金激光焊接技术研究进展

综述铝合金激光焊接技术特点及研究现状,开展3 mm厚LF6铝合金激光-MIG电弧复合焊接工艺研究。文献综述表明,铝合金激光自熔焊接表面成形不好,且易于产生气孔缺陷,激光填丝焊、激光-电弧复合焊以及双光束激光焊等能够有效地解决上述铝合金激光焊接问题。试验研究表明,激光-MIG电弧复合焊接LF6铝合金可获得良好的焊缝成形,内部质量达到QJ1666A-2011Ⅰ级焊缝质量要求,接头强度达到母材的90%以上,具备较为优异的力学性能。     

焊接参数对铝合金激光——MIG电弧复合焊缝熔深的影响

以5A06(LF6)铝合金为研究对象,研究了铝合金激光-MIG电弧复合焊(HYBRID焊)时焊接参数的变化对焊缝熔深的影响规律,并将焊接参数的变化对激光-MIG电弧复合焊、MIG电弧焊、激光焊的焊缝熔深的影响进行了综合比较分析.结果表明,若以等效于激光焊熔深的MIG电弧功率为分界线,可以把MIG电弧的功率分成高、低能量两个区,当激光与低能量电弧区的电弧复合时,激光对焊缝的熔深起主导作用,HYBRID焊的熔深大于该区的MIG电弧焊;当激光与高能量电弧区的电弧复合时,电弧对焊缝的熔深起主导作用,HYBRID焊缝主要体现为MIG焊缝的特点,加入激光的优势主要体现在增加焊接速度方面,即高速焊时也可获得良好的焊缝成形.     

Q345钢激光电弧复合焊横焊工艺研究

采用激光-电弧复合焊技术进行储罐用钢板横向焊工艺焊接Q345钢,分析了影响焊缝成形的各种因素,并测试了焊缝的力学性能。结果表明,激光输入功率主要影响熔深及背面成形,光丝间距影响复合效果。焊缝硬度高于母材,韧性低于母材。调整激光输入功率与电弧功率,可以改变激光电弧复合焊对工况的适应性。试验结果表明,对于横向焊,当错边量达到2 mm,间隙达到1.3 mm时仍能获得合格的焊缝。     

小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4 ms、峰值300 W、频率15 Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2 ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。     

铝合金万瓦级激光-MIG 电弧复合焊缝成形

针对5A06铝合金进行了万瓦级激光-MIG电弧复合焊接工艺试验,分析了激光功率、离焦量、焊接速度、光丝间距对焊缝成形的影响。结果表明,万瓦级激光-电弧复合焊的焊接窗口窄、焊接过程不稳定,焊缝易出现驼峰、凹陷、咬边等缺陷。激光功率、离焦量和焊接速度对焊缝熔深影响较大,激光功率由10 kW增加至30 kW,焊缝熔深增加18 mm,达到29 mm。光丝间距对焊缝熔深熔宽影响较小。通过调节工艺参数,可明显改善铝合金万瓦级激光-MIG电弧复合焊的焊缝成形,适当的工艺参数下,可在达到最大熔深的同时获得具有稳定表面成形的焊缝。     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响,进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响,并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明,电弧预熔丝激光焊过程中,熔池表面匙孔开口尺寸变化不大,匙孔较为稳定;激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近,焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比,电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入,与匙孔边缘的距离较远,匙孔稳定性较好,焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时,电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好;而激光填丝焊焊缝背面成形不连续,并且出现了未焊透的缺陷.     

厚壁横梁管激光-MAG电弧复合焊坡口形式及工艺窗口优化研究

针对轨道车辆转向架构架常用20 mm厚壁S355J2H横梁管激光电弧复合焊工艺,从坡口形式、打底焊工艺窗口、盖面焊工艺窗口、焊接气孔抑制等方面进行了优化.结果表明:控制焊缝成形的主要因素有焊缝坡口、光丝间距和激光束离焦量等.采用钝边高度为8 mm、单边20°～25°的Y型坡口,光丝间距DLA=2～4 mm,离焦量-2～0 mm,可以获得表面成形连续的打底焊焊接接头;采用激光功率500～1000 W、电弧电流200～250 A、离焦量-2～0 mm的盖面焊工艺参数,可以获得连续一致、均匀美观,焊缝表面无裂纹、气孔等焊接缺陷的焊缝成形.实现了20 mm厚横梁管激光-MAG电弧复合焊焊接,验证了激光-MAG电弧复合焊接横梁管的可行性.     

激光/等离子电弧复合热源能量参数对钛合金焊缝成形的影响

在对钛合金激光/等离子电弧复合焊与单一激光焊的焊缝成形进行比较的基础上,研究了激光在复合等离子电弧后主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,随激光功率增大和焊接速度降低,复合焊与单一激光焊焊缝的横截面形貌均由钉形向近X形转变.与单一激光焊相比,复合焊焊缝的余高和咬边较大.激光/等离子电弧"协同效应"随激光功率和焊接速度变化而不同,从而影响复合焊焊缝的熔宽和熔宽比.随焊接电流从零增大到60 A,焊缝熔宽略有增大,而焊缝熔宽比基本保持不变.     

铝合金激光-MIG复合填丝焊稳定性分析

通过与铝合金激光-MIG复合焊方法相对比,主要研究了铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形、熔深稳定性、余高稳定性、焊缝气孔率、激光匙孔特征、等离子体特征. 试验结果表明,在合适的工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊焊接过程稳定,焊缝成形良好,额外填入的焊丝可以连续稳定地过渡到熔池中,激光匙孔具有明显的形成、长大、湮灭周期性变化特征;相同工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝熔深稳定性、余高稳定性与激光-MIG复合焊相当,激光匙孔开口面积约增加15.34%,等离子体+电弧总面积约增加1.95%.     

铝合金激光焊接技术的研究进展

由于铝合金导热性强、电离能低、对激光的反射率高等特点,激光焊接中存在着气孔、焊接热裂纹、接头软化、焊缝成形差等问题,在研究过程中开发出了活性剂激光焊、双光束激光焊、激光填丝焊、激光填粉焊、激光+电弧复合焊、激光+电弧双面焊、电磁强化激光焊等工艺.在阐述铝合金激光加工中存在的问题及其原因的基础上,重点介绍了这些工艺的特点和原理,指出了各工艺的优势及不足,对铝合金激光焊接技术的研究进展进行了概述.     

YAG激光与脉冲MIG复合焊接

研究了YAG(掺钕钇铝石榴石 ,Nd 3:Y3Al5O1 2 )激光与脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺 ,设计制造了复合焊接机头 ,探讨了各种规范参数对焊缝成形的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 -脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成形美观 ,无气孔等缺陷 ,熔深与激光单独焊比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺。     

铝合金双光束/单光束激光-TIG复合焊

针对4mm厚5A06铝合金,分析了双光束光纤激光-TIG复合焊的焊缝成形特点、气孔率、匙孔动态特征及接头力学性能,并与单光束光纤激光-TIG复合焊对比。结果表明,在获得相同焊缝背面熔宽条件下,与单光束激光-TIG复合焊相比,双光束激光-TIG复合焊的焊缝背面成型连续性、均匀性更优且熔宽波动较小,焊缝气孔率降低50%以上,激光匙孔开口面积平均值更大,波动变异系数更小;双光束激光-TIG复合焊接头抗拉强度、断后伸长率、显微硬度、组织与单光束激光-TIG复合焊结果差别不大。     

YAG/MAG激光电弧复合焊工艺研究

利用YAG激光焊头和MAG焊枪旁轴复合进行了1Cr18Ni9Ti不镑钢的激光电弧复合焊工艺研究。研究表明：影响复合焊过程的主要工艺参数有激光功率、焊接速度、焊接电流、电弧电压、激光焦点位1、两热源的间距和相对于焊接方向的排列方式等；在一定的焊接工艺条件下所研究的YAG／MAG复合焊具有协同效应。电弧参数测试也表明，当激光与电弧复合的协同效应存在时，复合焊电流高于电弧焊，而电弧电压降低；若电弧采用过大的焊接电流与激光复合，尤其是在较低的焊接速度时，复合焊过程体现不出协同效应．复合焊熔深反而低于激光焊熔深。复合焊激光焦点位置变化对电弧稳定性和熔宽影响小，但获得最大熔深的焦点位王不同于激光焊。激光前置焊比激光后置焊获得的熔深大，两种条件下均在两热源闻距为0.5mm时熔深最大。     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊电弧特性及焊缝成形分析

针对SUS304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊接过程激光与脉冲MAG电弧的过程参数匹配及优化控制问题,系统研究了过程参数对电弧特性及焊缝成形尺寸的影响,获得了复合焊接过程的电弧特性及成形控制策略.结果表明,激光的介入会使复合焊接过程稳定性加强,当脉冲MAG电弧处在电流基值时,较大的激光功率会吸引MAG电弧而造成基值电压的波动,并且大功率激光会对脉冲MAG电弧具备一定的压缩作用,但在峰值阶段影响幅度较小.焊缝形貌的几何尺寸与过程参数的耦合效应有着直接的关系,过程参数的匹配优化能够有效控制焊缝成形尺寸.     

CO2 laser-micro plasma arc hybrid welding for galvanized steel sheets

A laser lap welding process for zinc-coated steel has a well-known unsolved problem-porosity formation. The boiling temperature of coated zinc is lower than the melting temperature of the base metal, which is steel. In the autogenous laser welding, the zinc vapor generates from the lapped surfaces expels the molten pool and the expulsion causes numerous weld defects, such as spatters and blow holes on the weld surface and porosity inside the welds. The laser-arc hybrid welding was suggested as an alternative method for the laser lap welding because the arc can preheat or post-heat the weldment according to the arrangement of the laser beam and the arc. CO₂ laser-micro plasma hybrid welding was applied to the lap welding of zinc-coated steel with zero-gap. The relationships among the weld quality and process parameters of the laser-arc arrangement, and the laser-arc interspacing distance and arc current were investigated using a full-factorial experimental design. The effect of laser-arc arrangement is dominant because the leading plasma arc partially melts the upper steel sheets and vaporizes or oxidizes the coated zinc on the lapped surfaces. Compared with the result from the laser-TIG hybrid welding, the heat input from arc can be reduced by 40%.     

小孔型等离子弧焊接条形气孔形成机理

等离子弧焊接中厚钢板时,常存在焊接工艺窗口窄问题. 在中厚不锈钢板小孔型等离子弧焊(keyhole plasma arc welding,K-PAW )中发现,离子气体流量较弱而使匙孔未打开,形成盲孔时,会在焊缝内产生平行于焊接方向的长条形气孔,形成条形气孔时,等离子弧形态发生明显变化,电弧面积增加且波动更为剧烈,出现向后的反射. 使用高速摄影装置研究了条形气孔的形成过程.结果表明,中厚板等离子弧焊中,条形气孔是在一定的焊接速度和较低的电弧能量下,熔池前壁倾角较大,等离子弧受熔池前壁反射作用冲击熔池后壁,使熔池后壁发生弯曲,并在一定的凝固条件下保留,产生平行长气孔. 对条形气孔的研究有助于为匙孔等离子弧焊接中匙孔形成条件及机制提供新认识.     

SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理

采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Activating flux TIG)焊时,SiO2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究.进行正散焦真空电子束焊试验,SiO2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现SiO2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现SiO2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中SiO2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部.认为电弧极性区收缩和热输入增加是SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理.     

Joint performance of CO2 laser beam welding 5083,H321 aluminum alloy

Laser beam welding of aluminum alloys is expected to offer good mechanical properties of welded joints. In this experimental work reported, CO2 laser beam autogenoas welding and wire feed welding are conducted on 4 mm thick 5083- H321 aluminum alloy sheets at different welding variables. The mechanical properties and microstructure characteristics of the welds are evaluated through tensile tests, micro-hardness tests, optical microscopy and scanning electron microscopy （SEM）. Experimental results indicate that both the tensile strength and hardness of laser beam welds are affected by the constitution of filler material, except the yield strength. The soften region of laser beam welds is not in the heat-affected zone （ HAZ ）. The tensile fracture of laser beam welded specimens takes place in the weld zone and close to the weld boundary because of different filler materials. Some pores are found on the fracture face, including hydrogen porosities and blow holes, but these pores have no influence on the tensile strength of laser beam welds. Tensile strength values of laser beam welds with filler wire are up to 345.57 MPa, 93% of base material values, and yield strengths of laser beam welds are equivalent to those of base metal （264. 50 MPa）.