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。     

镁/铝异种金属激光焊气孔形成原因研究

为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。     

激光功率对高强Al-Mg-Si-Cu合金激光-CMT复合焊接接头组织性能的影响

采用激光-CMT复合焊接工艺（CMT，冷金属过渡）对2 mm厚400 MPa级Al-Mg-Si-Cu合金进行焊接，研究了激光功率对焊接接头宏观形貌及组织性能的影响。研究表明：激光功率达到3.6 kW时可获得全熔透焊接接头，随着激光功率的增加，熔宽不断增加而焊缝余高有所降低。熔宽增加和余高降低使得焊缝稀释率增加，焊缝中硅元素含量降低。随着激光功率的增加，焊缝中烧损的镁元素增加，镁元素含量亦有所降低。焊缝中镁和硅元素含量的降低导致固溶强化效果减弱。随着激光功率的增加，全熔透焊缝的硬度逐渐降低。密集气孔的存在进一步恶化了焊缝性能，导致拉伸过程中焊缝处的断裂。焊接接头抗拉强度亦呈不断降低的趋势，在激光功率为3.6 kW时，焊接接头的平均硬度和抗拉强度分别达到基材的65%(85 HV)和64%(271 MPa)。     

激光透射焊接塑料实验研究

为了研究焊接参数(如激光功率、焊接速度)对激光透射焊接塑料强度以及显微结构的影响,采用YAG激光器(功率为300 W,波长为1064 nm)进行聚碳酸酯(PC)材料的激光透射焊接。然后,利用万能材料试验机对焊接后的试件进行拉伸测试,最后利用光学显微镜对焊缝进行微观结构观察,测量焊缝宽度,分析焊缝质量。结果表明,透明PC塑料厚度在1~3.5 mm之间,透射率变化不明显。随着激光能量输入从0.27 J/mm增加到1 J/mm,焊接强度增加;当激光能量输入超过1 J/mm后,焊接强度开始减小。当透明塑料厚度为3.5 mm、激光功率为40 W、焊接速度为40 mm/s时,拉断力可达到峰值1.3 kN。为了提高焊接强度,应严格控制激光能量输入。     

激光无吸收剂透射焊接透明PET塑料试验研究

使用1 710 nm半导体激光器,对同种透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料进行激光透射焊接,由于透明PET塑料对1.7μm的激光具有较高吸收率,因此焊接过程无需添加激光吸收剂。通过调整激光功率和焊接速度,探讨了线能量对焊接强度的影响。在激光功率为10 W,焊接速度为7.5 mm/s时,得到了美观牢固的焊接试件,此时的线能量为1.33 J/mm。保持此线能量不变,在激光功率为5～30 W的范围内设计了对比试验。结果表明,激光功率在5～30 W、焊接速度在3.75～22.50 mm/s内改变对焊接试件的焊缝强度影响较小。     

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。     

HE130合金激光焊接线能量与焦点位置研究

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接线能量和激光焦点位置对HE130合金焊缝成形质量的影响。通过试验确定了不同板厚HE130合金激光焊接时的有效线能量 ,并量化了有效线能量与熔深及深宽比的关系 ,得到了HE130合金激光焊接的有效线能量曲线和激光功率与焊接速度在不同板厚范围内的匹配曲线。为获得最佳的焊缝成形 (焊缝深宽比及焊缝背面成形 ) ,通过试验确定了不同板厚HE130合金激光焊接时的最佳激光焦点位置 ,并量化了它与板厚的关系 ,即最佳激光焦点位置曲线。     

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。     

工艺参数对铝-钢激光熔钎焊接头质量的影响

为探索低功率激光焊接钢铝熔钎焊的可行性,采用光纤激光器以1 mm厚的6061铝合金和1.2 mm厚的DP600双相钢为试验对象,进行铝在上、钢在下的激光熔钎焊试验。研究了焊接速度和激光功率对焊接接头质量(焊缝成形性、微观组织和力学性能)的影响。结果表明：接头抗拉剪强度随着激光功率的增加和焊接速度的加快,均表现为先增大后减小,并在激光功率为405 W,焊接速度为5 mm/s的工艺参数下,焊接接头的抗拉剪强度达到最大值127 N/mm,金属间化合物厚度约为10μm,断口为典型的解理断裂。该研究为提高激光焊接质量提供了一定的技术支持。     

基于响应面法的DP800车用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝成形研究

为了优化DP800车用高强钢复合焊接的焊缝成形和工艺参数,基于响应面法建立了激光-电弧复合焊接主要工艺参数与焊缝特征参数之间的数学模型,并进行了方差分析。以特定熔深和最小化熔宽为目标,对激光功率、焊接电流、焊接速度进行了优化,得到最优工艺参数,并进行了试验验证。研究结果表明：激光功率和焊接电流与焊缝熔深呈正相关,焊接速度与焊缝熔深呈负相关;随着焊接电流的增加或焊接速度的降低,焊缝熔宽逐渐增大,激光功率几乎不对熔宽产生影响。在最优工艺参数下通过试验验证了模型的准确性,熔深和熔宽的误差率均在5%以内。     

高功率CO2激光焊接三明治金刚石锯片

利用DC025扩散冷却板条(SLAB)激光器系统地研究了激光焊接三明治金刚石锯片的焊接缺陷和焊接工艺。结果表明焊接缺陷主要表现为焊缝中大量的气孔和较多的铜,降低了焊缝强度。气孔来源于基体里黏接剂、油污与粉末冶金刀头的共同作用,采用正面熔透1/2,反面完全熔透的焊接方式和提高焊接速度来减少气孔缺陷。铜来源于基体里铜板的熔化,当激光偏向刀头时,铜的含量降低。φ50 mm三明治锯片合适的焊接参数为激光偏移量0～ 0．20 mm,正面焊接线能量为25～40 J/mm,且激光功率低于1000 W;反面焊接线能量为80～150 J/mm,且激光功率高于1500 W;此时焊缝铜的质量分数为0．2％～1．1％,焊接气孔较少,焊缝抗弯强度满足EN13236安全标准。     

纳秒脉冲激光加工高反射率铝膜

为了研究基于近红外纳秒脉冲激光的高反射率金属薄膜的加工可行性以及加工效果, 采用纳秒脉冲激光对高反射率铝膜进行激光加工, 分别测量了在不同激光光斑尺寸和不同激光能量的条件下, 铝膜表面所发生的烧蚀形态变化。结果表明, 即使铝膜表面反射率高达96%, 依然能对铝膜进行激光加工; 使用较高功率激光对铝膜表面进行离焦加工(能量密度约小于1000J/mm2)的烧蚀图样比使用较低功率激光对铝膜表面进行对焦加工(能量密度约大于2000J/mm2)的烧蚀图样更加规则。相关实验结果对激光加工高反射率材料时激光参量的选择可起到一定的指导作用。     

SiCp/ZC71镁基复合材料激光焊工艺研究

采用Nd:YAG激光器,对SiCp/ZC71镁基复合材料焊接工艺进行了分析研究.对各种焊接参数的影响做了研究,获得较好的工艺参数范围.结果表明,激光焊接过程中,激光功率、焊接速度、脉冲频率等参数的变化,均能对焊缝性能产生显著影响.     

发动机中冷器脉冲激光焊接研究

采用YAG激光作为焊接热源,对3mm厚的奥氏体不锈钢板和直径6mm、壁厚0.4mm的不锈钢管单面激光焊接工艺进行了研究.实验结果表明:对焊面的打磨、抛光和紧密接触对防止焊缝中产生过多的气孔和提高焊缝的机械性能有重要作用;激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数是实现脉冲激光焊接的关键因素.经理论推导,确定了在脉冲激光最大平均输出功率300W、单脉冲能量60J、脉冲频率5Hz、焊接速度0.75mm/s的限定条件下,最佳工艺参数组合为脉冲宽度8ms和峰值功率7.5kW.与经钎焊所得焊缝质量相比,其抗剪切强度有明显提高.     

激光-电弧复合焊接工艺参数对焊缝形貌及焊接稳定性的影响

以150 mm×30 mm×8 mm的高强钢板为试验材料,采用YAG激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法,研究了各参数(主要包括激光功率P、光丝间距DLA、电流I、电压U等)对焊接熔深、熔滴的过渡特征和焊缝的截面形貌的影响。结果表明:在改变焊接熔深时, 激光功率起到主导的作用, 同时激光与电弧间存在最佳的能量匹配值, 当激光功率约为电弧功率的2/3时, 焊接熔深的增加最为显著; 激光功率P与光丝间距DLA对熔滴过渡的受力有很大的影响, 从而决定了熔滴的尺寸大小与过渡频率, 而电弧能量对熔滴的过渡模式起主导作用; 在焊缝截面形貌中, 激光功率P主要影响熔深及熔深面积, 电弧能量主要影响焊缝宽度及余高面积, 且各参数的改变, 余高的变化量均很小, 而热影响区(HAZ)宽度及面积与总的热输入量成正比, 热输入量越大热影响区(HAZ)越大。     

纳秒脉冲激光微焊接316不锈钢

采用MOPA纳秒脉冲激光器对316不锈钢进行焊接,探索脉宽、频率及焊接速度对焊缝成型的影响,并对纳秒脉冲激光焊接的模式及机理进行了分析.研究表明,采用纳秒脉冲激光在高频下焊接316不锈钢可以得到表面光滑、无气孔缺陷的焊缝,频率是影响焊接的最大因素;当脉宽为30～120 ns时,熔深随频率增加而增大,在中心频率处获得最大...     

2060铝锂合金光纤激光填丝焊接工艺研究

2060-T8铝锂合金是具有低密度、高比强度,及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087(Al-Mg-Zr)焊丝焊接2mm厚2060-T8铝锂合金,研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响,分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加,随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3kW、焊接速度和送丝速度为3m/min的工艺参数下接头成形良好,无焊接裂纹,焊接接头的平均抗拉强度为309MPa,断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比,焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化,这与熔池流动机制与边界层厚度有关。     

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。     

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。     

T2紫铜光纤激光焊接工艺与性能研究

为研究激光焊接紫铜工艺与质量特性,通过改变激光功率、焊接速度、焊接次数、表面处理方法对试样进行激光焊接,从焊缝表面形貌与熔宽对连接质量进行分析,并检测焊接试件在通电下的温升与电阻。结果表明,在选定的参数范围内,随着激光功率增大,焊接速度减小,试样接头焊缝熔宽增大,电阻减小,温升速率变慢。当激光功率为2 000 W,焊接速度为1.25 mm/s,焊接次数为2次,表面做打磨涂黑复合处理的试样焊缝表面形貌较好,此时焊缝熔宽为0.669 mm,电阻为1.645μΩ,温升速率最慢。