峰值功率和脉冲宽度对激光焊接质量的影响

基于有限元法,以峰值功率和脉冲宽度为参数,建立了304不锈钢薄板激光焊接有限元模型,并进行瞬态热分析,获得了各参数对熔池形状和温度的影响规律。基于正交试验设计,分析了各参数对熔池形状和温度的影响程度,并得出最优参数组合。结果表明:随着峰值功率和脉冲宽度的增加,熔宽、熔深、深宽比和熔池温度增加,当峰值功率为280 W,脉冲宽度大于或等于4 ms时,熔池温度超过材料沸点;峰值功率对熔池形状和温度的影响较脉冲宽度大,最优参数组合为峰值功率为240 W,脉冲宽度为5 ms。分析结果可为激光焊接304不锈钢工艺参数的选择提供理论依据和技术指导。     

超薄不锈钢激光精密缝焊工艺

以304超薄不锈钢片作为试验材料,使用YAG激光嚣进行精密缝焊试验,详细研究了脉冲能量、脉冲宽度、脉冲频率及离焦量的变化对焊缝成形的影响.此外,对激光脉冲宽度及脉冲频率对焊缝宽度的影响作了深入研究.试验结果表明:焊接电流为78 A,频率为10Hz,脉冲宽度1 ms,正离焦量2mm时,可对0.15mm超薄304不镑钢实现精密缝焊,得到光滑美观的焊缝;随着电流及脉宽的增加,焊缝宽度增大,并出现飞溅,最后试样被氧化烧穿;随着脉冲频率升高,焊点重叠率增加,焊缝宽度增大,并且越来越光滑,但试样的下表面逐渐出现氧化;对于薄板材料的焊接,正离焦比负离焦易得到光滑美观的焊缝.     

T2紫铜/304不锈钢激光钎焊接头组织及性能

采用铜锰镍钎料,使用激光焊机对T2紫铜和304不锈钢进行了激光钎焊。通过扫描电子显微镜、拉伸试验机测试分析了搭接形式下的钎缝宏观形貌、焊接接头力学性能及钎料元素的扩散情况。结果表明,在紫铜/不锈钢的激光钎焊时,焊接电流对钎缝成形的影响最大、脉冲频率次之、脉冲宽度的影响最小,对应的正交试验极差分别为17.35,15.66,7.91;钎料与母材发生良好的扩散并形成固溶体;钎缝中Fe,Cr元素扩散明显并存在条块状铜基固溶体,在最优的焊接工艺参数下,钎焊接头的抗剪强度达到35.75 MPa。     

氮气/氩气对316不锈钢激光焊接的影响

采用准连续激光对0.2 mm厚的316不锈钢进行焊接试验,通过对激光峰值功率、脉冲宽度及离焦量三因素进行正交试验,得到最优的工艺参数。分别采用氮气和氩气作为保护气体,对不锈钢进行激光焊接,结果表明,采用氮气可以得到比氩气更高的焊点强度。采用氮气保护,上、下层材料的熔接面积更大,有利于提高焊点强度。     

A304不锈钢薄板激光焊工艺试验研究

研究利用激光焊接技术焊接A304不锈钢薄板的工艺.试验过程中,采用一系列激光焊参数焊接试板,然后将焊接接头制成金相试样,观察熔深、熔宽、热影响区的大小,比较连续激光和调制方波脉冲激光焊接不锈钢薄板的效果.     

工艺参数对304薄钢板激光焊接变形的影响

为了获得工艺参数对0.4 mm厚304不锈钢薄板激光焊接变形的影响规律,利用Nd∶YAG脉冲激光焊接系统对不锈钢板进行对接焊试验,采用单因素试验法分析离焦量、脉宽、电流和焊接速度对薄板焊接形貌和变形的影响,在单因素试验基础上进行四因素三水平的多因素正交试验,利用极差分析确定出各工艺参数对焊接变形影响的主次顺序以及最优工艺参数组合。结果表明,该薄钢板激光焊接的工艺参数范围较窄,其有效范围是离焦量-3～-1 mm、脉宽2.2～2.4 ms、电流170～175 A和扫描速度300～400 mm/min;各工艺参数对该板激光焊接变形影响的显著顺序是离焦量焊接速度脉宽电流,最优工艺参数是离焦量-3mm、电流172.5 A、脉宽2.2 ms、扫描速度300 mm/min;以最优工艺参数进行激光焊接,最大纵向变形量和横向角变形量分别为3.3132 mm和0.1123 mm。     

脉冲参数对脉冲激光焊缝成形影响的析因试验研究

以304不锈钢薄板为研究对象,设计了双因素析因试验方案,研究了在焊接速度、离焦量和激光脉冲频率不变时,脉冲峰值功率和脉宽对不锈钢脉冲YAG激光焊缝熔深和熔宽的影响规律,并利用方差分析法研究了脉冲参数及其交互作用对焊缝成形质量的影响显著性。结果表明,激光脉冲峰值功率和脉宽对不锈钢激光焊缝的熔深和熔宽都具有非常显著的影响,其中,脉冲峰值功率的影响显著性要大于脉宽。脉冲峰值功率与脉宽的交互作用对焊缝熔宽的影响非常显著,而对焊缝熔深的影响为显著。     

两种不同热塑性塑料之间的激光透射焊接试验

采用英国焊接学会发明的Clearweld吸收剂,进行了透明聚苯乙烯和聚氯乙烯异种塑料之间的激光透射焊接试验,利用正交试验法研究了透明聚苯乙烯和聚氯乙烯之间激光透射焊接质量.对焊接样品进行拉伸测试和切片试验,分析了各焊接因素对抗拉强度和焊缝宽度的影响.并采用极差法对试验数据进行处理,得到了透明聚苯乙烯和聚氯乙烯之间激光透射焊接的最佳焊接工艺参数,确定各焊接因素对焊接强度影响从大到小的顺序为焊接速度、夹具夹紧力、光斑直径、激光器平均功率、激光器频率、焊后保压时间,对实际生产具有一定的指导意义.     

不锈钢薄板激光焊接工艺研究

针对不锈钢薄板的激光焊接进行了研究,分析了激光工艺参数对超薄不锈钢板焊接质量的影响。结果表明,对于不锈钢薄板激光焊接,脉冲工作电流和脉冲宽度对焊缝成形影响很大。在合适的工艺参数下,超薄不锈钢薄板焊缝成形良好,焊接接头基本与母材等强。     

大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

熔透是评价激光焊接质量的重要因素,但在焊接过程中难以直接检测熔透状态.以大功率光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊缝为试验对象,研究一种基于熔池红外热像的熔透状态识别方法.采用红外摄像机摄取焊接区域熔池动态图像,提取熔池特征量,应用模糊聚类算法分析熔池特征量与熔透状态之间的关系,使用模糊C-均值（FCM）和Gustafson-Kessel（GK）两种模糊聚类法建立熔透状态识别模型.激光焊接试验结果表明,熔池表征与熔透状态之间存在密切关联,通过GK模糊聚类算法建立的模型对熔透状态能达到78%以上的识别率,为大功率光纤激光焊接过程熔透状态的识别和控制提供试验依据.     

Tailored blank welding between low carbon steel sheet and STS 304 stainless steel sheet by CO2 laser beam

A basic reseach of tailored blank welding between a low carbon steel sheet and a STS 304 stainless steel sheet was carried out with CO₂ laser beam. The materials used in this work were a low carbon steel sheet with a thickness of 0.9 mm and a STS 304 stainless steel sheet with the same thickness. Experiments were carried out by applying the Taguchi method to obtain optimized conditions in order to apply this tailored blank laser welding method in the practical manufacturing process. In order to compare the laser welding results with the conventional welding process, GTA welding was carried out for the same materials. Optical microscopy, SEM and XRD analyses were performed to observe the microstructures and to analyze the various phases. A tensile test, hardness test and Erichsen test were performed to evaluate the formability of welded specimens. In addition, immersion test was carried to estimate corrosion resistance. A WDS analysis showed that laser welding resulted in almost the same dilution of both low carbon steel and stainless steel in welded metal, meanwhile, GTA welding resulted in more dilution of stainless steel due to its slower heat conductivity. The formability of the laser welded specimen reached 83% of that in base metal. On the other hand, it was 63% in the case of GTA welding. During the tension test, base metal was fractured in the case of a laser welded specimen, meanwhile the welded zone was fractured in the case of the GTA welded specimen. The corrosion test showed that weight loss per unit area was less in the laser welded specimen than that of the GTA welded specimen.     

Inconel 718镍基合金与304不锈钢电子束焊接

对Inconel 718镍基合金与304不锈钢进行了电子束焊接试验,分析了接头显微组织及力学性能. 结果表明,焊缝区中部由枝晶及细小的等轴晶组成,在近镍侧及近钢的熔合线,都由向焊缝中心方向生长的树枝晶组成. 各特征区域显微硬度值各不相同,焊缝区高于镍基合金侧,高于不锈钢侧. 当焊接束流为8 mA,焊接速度为700 mm/min时,接头的抗拉强度最高为722 MPa. 拉伸试样断裂发生于焊缝区内部,呈典型的延性断裂,断口可观察到明显等轴状韧窝.     

核电用不锈钢双钨极氩弧焊接头组织与性能

针对核电站乏燃料不锈钢水池6 mm厚的304L不锈钢板材,采用高效双钨极氩弧焊工艺焊接试板,对双钨极氩弧焊接头进行拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、硬度、金相组织、铁素体含量、抗晶间腐蚀性能及粗晶区晶粒度评级等试验研究. 结果表明,采用双钨极氩弧焊焊接核级304L不锈钢材料,焊接接头综合性能良好;双热源的工艺虽然增加了热量,但金相组织仍为奥氏体和少量铁素体的典型形貌,铁素体含量在5% ~ 12%范围内,同时焊接接头粗晶区未发现明显的粗化现象,具备一定的抗热裂性能且保持了良好的塑韧性;晶间腐蚀试验未发现接头有敏化现象,表明该焊接接头耐腐蚀性能优良. 综上试验说明核电站不锈钢水池双钨极氩弧焊接头综合性能可靠.     

304不锈钢薄板列置双TIG高速焊缝组织与性能

相比常规速度不锈钢焊接,高速焊接过程中焊缝金属的凝固过程及组织形态将会发生变化,从而影响焊缝组织和性能. 对1.2 mm厚304不锈钢薄板对接,采用列置双TIG焊在焊接速度为3.0 m/min时获得了良好焊缝成形,并与常规速度单TIG焊接工艺相比,采用非标准拉伸试样测试了焊缝性能,并分析了其组织. 结果表明,高速双TIG焊接焊缝中心生成等轴晶,两侧树枝晶未形成对向生长的定向晶粒,焊缝抗拉强度及断后伸长率略低于母材;相比常规单TIG焊接工艺,高速双TIG焊接热影响区晶粒平均直径降低了10.3%,但焊缝中心晶粒平均直径增大了12.9%;焊缝抗拉强度和断后伸长率分别提高了4.3%和23.2%,焊缝中心硬度值略高于母材.     

工艺参数对304不锈钢脉冲Nd∶YAG激光/TIG电弧复合焊焊缝成形的影响

研究了304不锈钢脉冲Nd:YAG激光TIG电弧复合热源焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,脉冲Nd:YAG激光/TIG电弧复合焊焊缝横截面面积大于单一激光焊焊缝横截面面积与单一TIG焊焊缝横截面面积之和,具有协同效应;激光功率增大时,复合焊焊缝熔深和熔宽均增大,复合焊焊缝横截面面积增大,复合热源热效率也增大;离焦...     

304H钢埋弧焊工艺

对304H钢采用埋弧焊的焊接方法进行了工艺试验,分析了304H耐热奥氏体不锈钢埋弧焊的特点,提出了合理的埋弧焊焊接工艺,检验焊缝质量,分析焊接接头的显微组织,测试其力学性能.结果表明:焊接工艺参数合理,在焊接接头未发现任何焊接缺陷,焊缝质量良好;焊接接头强度、塑性均可达到与母材相当的水平.304H耐热奥氏体不锈钢采用此工艺方法焊接,完全可以获得优良的焊接接头.     

碳钢与304不锈钢焊接残余应力的计算

采用弹塑性有限元法计算了Q235碳钢与304不锈钢的焊接温度场和焊接残余应力,计算结果表明,由于二者物理性能的差异造成了焊接温度场和残余应力分布的不均匀,焊接残余应力的峰值出现在304不锈钢一侧,其值略低于304不锈钢的屈服强度.当焊接热源偏向Q235钢时,焊接残余应力峰值变化较小,但高应力区减小,焊接变形明显减小,当焊接热源偏向304不锈钢时结果相反.当焊接热输入增大时会导致焊后高应力区范围的扩大,残余应力的峰值略有降低.采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接接头上表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

Supervised descent method for weld pool boundary extraction during fiber laser welding process

In order to obtain a high-quality weld during the laser welding process, extracting the characteristic parameters of weld pool is an important issue for automated welding. In this paper, the type 304 austenitic stainless steel is welded by a 5kW high-power fiber laser and a high-speed camera is employed to capture the topside images of weld pools. Then we propose a robust visual-detection approach for the molten pool based on the supervised descent method. It provides an elegant framework for representing the outline of a weld pool and is especially efficient for weld pool detection in the presence of strong uncertainties and disturbances. Finally, welding experimental results verified that the proposed approach can extract the weld pool boundary accurately, which will lay a solid foundation for controlling the weld quality of fiber laser welding process.