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.     

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。     

钛合金激光填丝焊接

在大量工艺实验的基础上，研究了钛合金激光填丝焊接中影响焊接过程稳定性的主要因素和影响焊缝成形的主要工艺参数，获得了一定条件下送丝速度与焊接速度的合理匹配范围。研究结果表明，熔滴过渡方式和离焦量是影响焊接过程稳定性的主要因素，送丝速度和焊接速度是影响焊缝成形的主要工艺参数，为了获得良好的焊缝成形，送丝速度与焊接速度必须合理匹配。     

薄板钛合金光纤激光-钨极惰性气体保护焊电弧复合焊接工艺研究

针对1mm厚TC4钛合金薄板进行光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧复合焊接试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距、保护气成分等工艺参数对焊缝成形的影响,同时分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明:随着电弧电流增加、主保护气中He气比例升高,焊缝的熔化量逐渐增加;随着激光功率和两热源间距的增加,焊缝熔化量呈波动性变化。焊缝咬边程度和复合热源的热输入有关,输入的能量越大越集中,焊缝咬边深度越小。焊接保护效果主要由电弧输入的热量决定,输入的热量越大,保护效果越差。在优化的工艺参数下,复合焊接的接头抗拉强度高于母材,延伸率低于母材,这与焊缝中马氏体组织的分布有关,拉伸断裂位于母材。     

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。     

热输入对铝合金光纤激光穿透焊缝成形的影响

在2.5mm厚6061铝合金光纤激光穿透焊接实验的基础上,着重研究了焊接热输入对焊缝成形的影响。结果表明,光纤激光穿透焊的焊缝熔宽随焊接热输入的增加而增加,且背面熔宽的增幅更快。激光功率越高,获得稳定全熔透焊缝的热输入调节范围越大。焊接接头熔合区附近为柱状晶组织,焊缝中心为柱状晶和等轴晶的混合组织。随焊接热输入的逐渐降低,焊缝区显微组织逐渐细化,且混合组织中等轴晶所占比例逐渐减少。另外,随热输入的逐渐降低,焊缝区的平均显微硬度缓慢增长,焊缝区上部和下部的显微硬度数据分散性逐渐减小,当焊接热输入约为90J/mm时,焊缝上部和下部的显微硬度对称性最好。     

基于回归分析的钛合金T型接头激光焊接焊缝成形尺寸预测

利用光纤激光对TA15钛合金蒙皮网格结构进行焊接,采用同轴高速摄像监测方案对不同焊接参数下的熔池形貌进行图像采集与特征提取。结果表明,采取基于亮度特征的熔池边缘分段提取方法可以解决熔池图像前后亮度不均匀问题,提取准确的熔池边缘信息。熔池宽度和后拖角度与对T型接头焊缝结合面宽度具有强相关性,熔池长度、宽度、后拖角度与T型接头焊缝熔深具有强相关性。同时,建立了焊接工艺参数与焊缝成形的回归分析模型,并对焊缝成形尺寸进行预测,焊缝结合面宽度和熔深的平均预测误差分别为0.14 mm和0.10 mm。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

镀锌钢板搭接光纤激光焊接中搭接间隙的研究

研究镀锌钢板搭接激光焊接技术对汽车工业激光焊接具有重要意义。研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板焊缝成形和接头机械性能的影响,分析了预留间隙法解决镀锌钢板搭接激光焊中高压锌蒸气对焊缝的不良影响的机理,通过实验研究了激光功率和搭接间隙的工艺参数范围。研究结果表明,对于1.35mm板厚的HC260LAD+Z 100MB镀锌钢板搭接激光焊,间隙大于0.1mm时,可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷;间隙约为0.15mm时,焊缝熔深达到最大值;4kW激光功率对间隙的容忍度较大,对于0.05~0.2mm板间间隙都可以得到良好的焊缝。     

激光-CO2气保复合焊的焊接过程稳定性研究

研究了激光-CO2气保复合焊的稳定性问题.首先通过平均熔滴过渡时间t和表征熔滴波动的样本方差S两个统计量界定了焊接过程稳定性.其次在此基础上标定了焊接过程稳定区,通过分析得到了光丝间距为1mm时过程稳定的焊接参数范围最大.实验表明,在焊接过程不稳定时可通过调整电压1～2V改善工艺适应性.     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

激光填丝焊接焊缝成形质量控制系统研究

研究了激光填丝焊接中相关的工艺参数对焊缝成形质量的影响。比较了对接间隙宽度发生变化时控制送丝速度或焊接速度两种情况下获得焊缝成形的质量。结果表明,间隙较小时调节送丝速度较好,间隙宽度较大时则调节焊接速度为佳。针对高精度焊接条件下焊缝成形质量控制要求,设计了一套以80c51单片机为核心的双单片机系统,该系统在焊接过程中可根据坡口间隙宽度选择性地实时调节送丝速度或焊接速度,以保证激光填丝焊接全过程获得良好的焊缝成形质量。     

激光热丝焊接过程焊丝过渡行为及其稳定性的研究

激光热丝焊热输入小,填丝效率高,焊缝熔合比小,特别适合于表面堆焊及厚板的窄间隙焊接,如何获得稳定的焊丝过渡是其关键问题。采用高速摄像观察了不同工艺参数下的焊丝过渡行为,将其分为滴状过渡、熔断过渡、连续过渡、顶丝过渡4种类型,连续过渡是稳定的焊丝过渡,是获得良好焊缝成形的前提。不同焊丝过渡行为的区别表现为焊丝熔化位置不同,这是由焊丝获得热量的大小不同所导致的。获得稳定焊丝过渡的工艺控制原则是:电阻热小于焊丝熔化热,且电阻热与熔池传热之和大于焊丝熔化热。通过理论推导对熔池外焊丝温度进行了计算,发现当电阻热将熔池外焊丝加热至接近熔点时,有利于获得稳定的焊丝过渡。     

机器人光纤激光焊接TC4钛合金的工艺研究

采用机器人光纤激光焊接系统,进行了厚度为1.8 mm幅面为100 mm×200 mm的TC4钛合金激光焊接试验。为确保焊缝的质量,设计了一套气路保护装置。研究了激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体流量等参数对焊接质量的影响,获得了优化焊接工艺参数:激光功率850~900 W、焊接速度0.7~0.9 m/min、离焦量-0.8~-0.5 mm。     

热源空间位置对激光电弧复合焊接焊缝成形的影响

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。     

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。     

AZ31B镁合金可调环形光斑光纤激光焊接试验研究

针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题,提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验,研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,当中心激光束功率大于环形激光束功率时,施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽;当中心激光束功率小于环形激光束功率时,焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域,焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区,且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域,焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区,且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大,焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时,接头抗拉强度和延伸率最高,接头断裂于焊缝熔合线附近,呈韧-脆混合断裂模式。     

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。