双波长激光束同轴复合焊接系统设计与实验研究

铜及其合金材料热导性良好、反射率高,采用单一激光焊接难度较大。提出绿-红外双波长脉冲激光同轴复合焊接方法,并研制了焊接系统。系统的绿激光脉冲能量为255.4mJ,功率稳定度为±2%;消色差焊接头保证了T2紫铜的双波长激光同轴复合精密焊接。对焊缝进行显微组织及显微硬度测试,结果表明,焊缝光滑平整,无缺陷;焊缝正面高度与母材区的持平,宽度约为0.5mm,焊缝反面高度略低于母材区,宽度约为0.4mm;焊缝平均显微硬度为134HV,为母材的64.8%,未出现严重的软化现象。     

8090 Al-Li合金激光焊及焊后的组织与性能

研究了8090Al－Li合金的YAG激光焊,通过金相观察、显微硬度测定以及电子探针微区成分分析,结果表明：在一定的焊接工艺参数下,能得到优良的焊接接头。单面焊能焊厚度≤0．7mm,双面焊能焊厚度≤1．4mm,焊缝为细晶组织,焊缝窄,热影响区小,焊后应即时去应力处理。     

304不锈钢薄壁管件纵缝焊接工艺及组织研究

采用激光自熔焊接技术对1 mm厚的304不锈钢圆管进行纵缝对接焊接试验。基于两因素和四水平的控制变量试验，通过光学显微镜、X射线荧光衍射仪和扫描电镜等分析设备获取焊接接头微观测试结果，并以表面成形、显微硬度为指标，获得激光功率为3.5 kW、焊接速度为30 mm/s、离焦量为+2 mm的最佳焊接工艺参数。研究结果显示：焊缝中心由细小等轴晶奥氏体和树枝状铁素体组成，在焊缝边缘处存在细小的柱状树枝晶区域，这些柱状晶沿着垂直于熔合线的方向生长，且尺寸与焊接热输入成正比。最优工艺参数下热影响区显微硬度达到221 HV,焊缝的显微硬度为214 HV,不同焊接接头对应区域内的显微硬度值与热输入呈负相关性。     

LY12CZ铝合金激光焊接工艺

通过对LY12CZ铝合金激光焊接焊缝的金相组织分析、显微硬度测试,研究了如何有效控制CO2连续激光器焊接LY12CZ铝合金的有关工艺参数,从而使焊缝达到较好的性能。研究结果表明,只要对材料采取适当的焊前预处理工艺,合理选择激光功率、激光扫描速度、保护气体流量等焊接工艺参数,就能够得到晶粒明显细化、中心等轴晶尺寸约为基体晶粒尺寸的1/10~1/15、无气孔和裂纹缺陷的焊缝。由于高温晶界氧化,焊缝晶界和基体晶界相比有所变粗,同时由于焊缝的退火效应、高温下镁的蒸发以及强化相析出等原因,焊缝的显微硬度和基体相比有所下降。     

激光焊接热输入对26Cr-3.5Mo铁素体不锈钢组织性能的影响

采用连续激光焊接工艺对26Cr-3.5Mo铁素体不锈钢进行焊接,研究了激光焊接热输入(HI)对焊接接头显微组织和力学性能的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱分析仪(EDS)研究焊缝显微组织和析出相的析出规律,采用维氏显微硬度仪和拉伸试验机对焊接接头的机械性能进行测试。结果表明,焊缝中心产生细小的等轴晶,随着激光焊接热输入的增加,焊缝中心等轴晶区的宽度增加,其占整个焊缝截面的比例先增加再减小。热影响区(HAZ)宽度较窄,为0.1~0.2 mm,且没有发生明显的晶粒粗化现象。焊接接头HAZ发生软化,其显微硬度值低于焊缝和母材。焊接接头抗拉强度与母材相当,但断后伸长率小于母材,且随激光焊接热输入的增加而减小。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

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.     

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。     

铝合金1100 H14的激光焊接工艺研究

受加工工艺、热变形以及铝合金对激光的强烈反射等因素影响,铝合金的激光焊接存在较大的困难。以1.0mm厚1100H14铝合金薄板为对象,采用Nd:YAG脉冲激光器进行焊接,重点研究了激光焊接过程中脉冲波形、激光功率、脉冲频率、焊接速度等对焊接成形质量的影响。焊后进行拉伸强度测试、金相观察、显微硬度测定、断口分析。实验结果表明:预热保温的焊接波形焊接试样优于梯形波焊接试样:优化的焊接参数为峰值功率8kW,单脉冲能量20J,频率10Hz,焊接速度2.1mm/s;抗拉强度为95.7N/mm~2,达到母材抗拉强度的86%;焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝区有软化现象,硬度为HV4.9 33.2,达到母材的77%。     

Nd∶YAG激光焊接殷钢材料的工艺研究

利用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36进行了对焊实验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。对2 mm厚度的殷钢对焊接头的硬度变化进行了检测,同时对比分析了焊缝和基体的金相组织。结果表明,激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区大小的主要因素,激光焊接速度的选择范围相对较小,离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性,焊缝的组织成分没有发生明显变化,显微硬度略低于基体,焊缝处的金相组织为奥氏体柱状晶,并且呈现奥氏体晶粒粗化现象。     

A7N01铝合金激光-MIG复合焊接焊缝成形与组织性能研究

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。     

SiCp/6061Al金属基复合材料激光焊接研究

采用高能ＣＯ_２激光束对 ＳｉＣ颗粒增强 ６０６１铝基复合材料 ＳｉＣｐ／６０６１ＡＩＭＭＣ进行激光焊接、研究激光焊接工艺参数及填充材料对焊缝显微组织的影响。结果表明,对 ＳｉＣｐ／６０６１Ａｌ复合材料进行激光焊接,可以获得气孔很少、质量较高的焊接接头,但在激光直接熔化焊接焊缝中形成针状Ａｌ_４Ｃ_３脆性相,脆性相Ａｌ_４Ｃ_３的数量与尺寸随激光束功率密度增加而增大,随焊接速度增大而减少。激光焊接时加入０．３ｍｍ厚的金属钛片作为填充材料,在焊缝中形成ＴｉＣ增强相,从而抑制了脆性相Ａｌ_４Ｃ_３的形成。     

激光焊接铝基复合材料钛的原位增强作用

本文采用激光焊接SiC_p/6063铝基复合材料,并利用Ti对焊缝进行原位增强。研究结果表明,焊缝和热影响区均较窄,焊缝中观察不到孔洞存在。对焊缝中心的微观组织分析表明,焊缝基体的晶粒非常细小,呈等轴结晶方式,焊缝组织非常致密,没有明显的微观气孔和裂纹。焊缝中已经观察不到SiC颗粒与基体在熔焊条件下发生反应生成的针状反应物Al_4C_3,而是尺寸更为细小的TiC颗粒,近似呈球形,在焊缝中分布比较均匀。整个焊接区域转变为母材是SiC颗粒增强的Al基复合材料,而焊缝主要是以TiC颗粒增强相以Ti为基体的局部区域。研究结果表明,用钛作为合金化元素通过使用原位焊缝合金化/脉冲激光焊接SiC_p/6063复合材料可以达到完全抑制在焊缝中心区形成Al_4C_3,焊缝接头强度由于快速固化的TiC等相而得到提高。     

Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接的影响

为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法,采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验,得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀,热影响区不明显;镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg₁₇Al₁₂共晶组织为主,底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织;随着Zn中间层厚度的增加,焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多,Mg/Al间化合物数量明显减少,且连续分布的状态得到改善,剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡;当中间层厚度为0.1mm时,拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。     

光丝位置对铝合金激光填丝焊接过程的影响

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历"液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥"阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。     

钢/铝异种金属预置Si粉的光纤激光焊接

Fe/Al难熔合、易生成Fe-Al脆性金属间化合物是钢/铝异种金属优质高效焊接亟待解决的技术难题。对厚度分别为5mm、6mm的低碳钢和铝合金板进行了对接处开设坡口、并在界面结合处预置Si粉的光纤激光焊接实验研究,通过调整焊接工艺参数和预置粉末得到成形良好的焊缝。利用卧式金相显微镜、电子显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪等设备对焊缝及母材区进行了观察与检测。结果发现:在激光功率为1.8～2.0kW,焊接速度8～10mm/s,离焦量-2.0mm,Ar为保护气体且流量为15L/min,光斑偏向钢侧距界面结合处0.2mm的工艺条件下,激光焊接钢/铝异种板材,可实现钢/铝熔合,焊接类型为热传导焊,焊缝区域晶粒细小,硬度高于两侧热影响区及母材,钢/铝结合界面分界线明显,界面处熔化金属互相扩散嵌入母材,呈齿轮式"啮合"态连接在一起。对钢/铝实施热传导焊,可有效控制熔池中Fe、Al熔化量;预置Si粉改善了焊池熔化态下的流动性,熔化金属易于在结合界面铺展,钢/铝焊缝区形成了结构稳定的Al9Si、Fe0.9Si0.1化合物,抑制了Fe-Al脆性金属间化合物的生成。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

低合金高强钢激光-MAG复合多层焊接头力学性能

在对16 mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢采用激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合多层焊技术实现可靠连接的基础上,对焊缝和母材的硬度、拉伸、冲击性能进行分析,并从断口特征方面对其断裂原因和机制进行研究。结果表明,焊缝抗拉强度达到817 MPa,比母材高13%,其断口韧窝相对细小均匀,而母材断口的粗大韧窝明显多于焊缝,表明焊缝强度高,母材韧性好。冲击试验中随着温度降低,母材冲击功保持稳定,而焊接接头冲击功逐渐减小,-40℃左右发生延-脆性转变。焊缝断口主要存在韧性断裂区和脆性断裂区,而母材只存在韧性断裂区。     

高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金

为了解决高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金过程中,焊接熔深的控制、合金元素的烧损、焊缝表面质量的改善等方面难以兼顾的问题,采用固定激光功率和正面焊接保护气的方法,通过改变单一焊接参量,研究了焊接速率、离焦量、搭接板间间隙的变化对焊缝表面质量的影响,并对焊缝内部镁元素的分布规律进行了理论分析和实验验证。结果表明,焊缝的硬度与镁元素的分布相一致;由于熔合线附近晶粒细化和母材镁元素扩散的共同作用,使熔合线附近的硬度高于其它部位;优化参量后的非熔透激光焊接头强度大于电弧铆焊接头,间隙为0.2mm的时候,激光焊接头强度最大,为母材抗拉强度的68.1%。这一结果对指导工业中的铝合金非熔透激光焊接是有帮助的。