热丝填充激光焊接光斑直径与对接间隙裕度研究

装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆(ITER)校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接,在离焦量分别为+5、+10、+16mm的情况下对5mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析,同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明,在热丝填充激光焊接中,光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当,还可以在小于对接间隙量0.1~0.2mm的情况下,得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝,当光斑直径小于对接间隙量达到0.3mm时,焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。     

窄间隙条件下激光-电弧复合焊接稳定性研究

相对于当前的厚板焊接方法,激光-电弧复合焊接有很多优点。为了使激光-电弧复合焊接技术应用于厚板焊接,本文采用4 KW光纤激光器针对16 mm厚低碳钢板进行激光-电弧复合焊接打底焊接工艺研究,探究了坡口尺寸、电流值、速度等规范参数对激光-电弧打底焊接稳定性的影响,通过金相观查焊缝横截面形貌。结果表明:坡口尺寸、电流以及焊接速度是影响激光-电弧复合焊接过程稳定性的主要工艺规范。通过电弧电流等工艺规范的匹配,激光-电弧复合焊实现5 mm钝边,12°类Y型坡口的熔透打底焊接。     

60mm厚304不锈钢板超窄间隙光纤激光焊接接头组织性能研究

利用IPG公司YLS-6000光纤激光器及5mm超窄间隙焊接了60mm厚304不锈钢板,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和低温拉伸试验机分析了接头组织性能。结果表明,超窄间隙激光焊接方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头,焊缝上下宽度一致约3.8mm。焊缝组织为柱状奥氏体与均匀分布的骨架状和板条状铁素体。热影响区并无明显晶粒长大,少量铁素体沿熔合线向母材方向扩散生长。Cr、Ni等合金元素在焊缝及热影响区分布均匀,无明显偏析。焊缝与母材显微硬度相当,略低于热影响区。接头拉伸强度随温度降低而上升,最高达1260MPa,在183K、213K、243K、273K温度下接头拉伸强度分别为母材的86%、96.7%、94.5%和92.6%。试样弯曲180°无裂纹及其他缺陷产生。     

5083铝合金厚板超窄间隙光纤激光焊接接头组织与性能

铝合金厚板由于焊接难度大、效率低和变形大等问题使其难以得到广泛应用。利用厚板超窄间隙激光焊方法及IPG公司YLS-6000光纤激光器焊接了25mm厚的5083铝合金厚板,并利用光学显微镜、扫描电镜和低温拉伸试验机分析了接头组织及低温性能。结果表明,超窄间隙激光焊方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头,焊缝由7层构成,上下宽度一致且小于4.5mm。焊缝组织为细小柱状晶且均匀分布有不连续的点状析出物。热影响区晶粒并无明显长大,有部分析出物析出。焊缝与母材显微硬度相当,热影响区软化现象不明显。在273K、243K、213K及183K温度下焊接接头抗拉强度与屈服强度随温度降低略有升高,且与母材强度相当。接头弯曲试样弯曲180°后缺陷较少,焊缝塑性较好。     

高功率光纤激光焊接底部驼峰的机理研究

高功率光纤激光焊接SUS 304不锈钢板的过程中,熔池由于受力不平衡出现下掉,并在试件底部流动堆积,从而形成底部驼峰。采用高速摄像和"三明治"试件焊接新方法,分别从不同角度拍摄熔融金属的流动情况并从侧面直接观测小孔和熔池的变化过程。结果表明,孔内熔融金属流动的不连续和小孔前沿孔壁凸起向下移动,以及孔内金属蒸气压力导致小孔底部熔池形成多个熔滴;底部熔池表面张力和熔池的流动导致熔融金属不断向后流动从而汇聚形成驼峰;底部驼峰的形成影响熔池的流动状态,是导致焊缝表面塌陷的原因。     

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。     

纵向磁场对窄间隙焊接接头微观组织的作用

研究0 mT和18 mT纵向磁场作用下316L奥氏体不锈钢接头的微观组织,主要分析了熔合线、柱状区和中心区奥氏体相和铁素体相的形态和织构变化.当磁场强度由0 mT变为18 mT时,上部复合焊接层由"T字形"变为"三角形",这种变化使热量传递方向不易在热影响区汇聚,提升了固液前沿的温度梯度;在熔合线处,磁场的加入使δ相的...     

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。     

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。     

间隙对5754铝合金激光填丝搭接焊气孔的影响

气孔是5754铝合金激光搭接焊接过程中经常出现的缺陷,它对焊缝的机械性能有很大的影响。实验采用光纤激光器研究了在搭接铝合金板间设置间隙对气孔的影响及其机理,发现,间隙的设置为气孔的逃逸提供了一个通道,气孔率有明显减小的趋势。当间隙从0变化到0.2mm时,由于间隙较小而有毛细现象的发生,搭接间隙气孔的逃逸通道被液态焊缝金属的凝固过程封闭,气孔减小并不明显;当间隙从0.30mm变化到0.75mm时,由于间隙增大,间隙部位的焊缝液态金属发生的毛细现象减弱甚至消失,导致这部分金属距离熔合线很近,表面保持液态,气孔逃逸的通道被打开,气孔有明显减小的变化。实验还发现,随着间隙的增大,搭接焊缝的剪切强度有了很大的提高。     

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。     

6061-T6铝合金高速高功率CO_2激光填丝焊接性的研究

为实现6061-T6铝合金薄板的高速高功率CO2激光填丝焊接,选用了ER4043,ER5356两种焊丝进行了焊接性试验。利用鱼骨状试样对两种焊丝的激光焊接铝合金6061-T6的热裂纹敏感性进行了分析;利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计以及万能材料试验机分析了焊接接头的组织与性能。研究结果表明,与填充ER5356焊丝相比,填充ER4043焊丝的焊接接头热裂纹敏感性较低,焊接速度可达6 m/min。焊缝主要是柱状晶、等轴晶及少量树枝晶,显微硬度在60~80 HV,拉伸强度可达240~262 MPa,弯曲性能良好。     

填丝激光焊对接间隙宽度检测传感器与送丝系统的研究

本文针对高质量板材对接填丝激光焊的需要,设计了对缝间隙宽度检测的传感器与送丝控制系统。间隙检测传感器采用波长780nm的半导体激光器作为辅助光源,位敏元件PSD作为接收器件,步进电机带动传感器在工件上方做横向扫描,得出对接间隙宽度的信息。根据间隙宽度与焊丝送进速度之间的关系式,计算机将所需的焊丝送进速度值送给送丝控制系统,实现填丝激光对接焊缝成形的自适应控制。在2mm厚的低碳钢板对接焊实验中,对接间隙从0.1mm连续变化到0.5mm,采用焊丝直径0.7mm,激光功率2KW,焊接速度0.8m/min,使用本套系统,成功地完成了根据检测间隙的宽度自动控制送丝速度的填丝激光焊接过程,保证了焊缝全长正反面良好的成形。     

激光窄条喷丸成形的实验研究

利用短脉冲激光对LY12CZ航空铝合金进行了窄条激光喷丸(LP)成形。激光脉冲参数:波长为1.06μm,脉冲宽度为23 ns,光斑直径为7 mm,输出能量为22 J。试样外形尺寸为100 mm×25 mm×2 mm,喷丸窄条宽度为7 mm,条带内相邻光斑的距离为4 mm,相邻喷丸条带中心间距为15 mm。利用弧高仪测试样变形后的变形量,用X-350A残余应力测试仪测其残余应力,用HVS-1000硬度计测其显微硬度和用Taylor Hobson-5M测表面粗糙度。实验结果表明,试样经激光喷丸后,变成了曲率半径为1.87 m的单曲率件,冲击硬度得到提高,喷丸条带内的表面粗糙度值增大,但仍然保持光滑,试样上下表面的残余应力均有显著提高,其激光喷丸面的残余应力平均增加了250%,下表面平均增加了75%,喷丸条带内的硬度平均值增加约40%。     

殷瓦薄板高速激光焊接的热裂纹敏感性

以2.2 m/min激光扫描速度,采用对接和搭接两种方式高速焊接0.7 mm薄板殷瓦合金。借助金相显微镜和扫描电子显微镜观察焊缝显微组织,讨论焊缝中心的热裂纹形成机理,对比分析不同接头形式的热裂纹敏感性。实验结果显示,殷瓦合金的高速激光焊缝为铸态单相奥氏体树枝晶。对接焊缝中心出现热裂纹,而搭接焊缝未发现热裂纹。分析认为,在树枝晶凝固最后阶段,焊缝两侧树枝晶粒的大角度晶界能γgb大于2倍液态薄膜固/液界面能sγl,液态薄膜完全桥接需要临界过冷度ΔTb。殷瓦合金散热系数低,过冷度不足,焊接残余拉伸应力rδ将导致液态薄膜开裂。对接时容易出现热裂纹。而搭接时开裂的液态薄膜有上层液态金属流入补充,能有效降低焊缝的热裂纹敏感性。     

激光填丝多层焊温度场和应力场的数值模拟

基于有限元计算软件MARC,对16 mm厚低合金高强钢激光填丝多层焊温度场和应力场进行了三维数值模拟。利用生死单元法,采用热流密度线性衰减高斯圆柱热源模拟匙孔效应,双椭球模型模拟焊丝受热过程。计算结果与实际结果对比,两者基本吻合。计算结果表明,层间保温能够有效降低接头冷却速度,减小激光填丝焊残余应力,改善厚板多层焊接头性能;多层焊应力集中主要位于中下部焊道及其热影响区;焊接中坡口有收缩趋势,焊后工件有一定角变形。     

填丝CO_2激光焊的焊缝成形研究

利用自行设计的填丝激光焊系统,研究了大功率ＣＯ_２激光填丝焊接工艺参数对ＨＡＺ尺寸及焊缝成形的影响。实验确定了最佳的送丝角度范围,发现填丝激光焊的焊缝形状近似呈“Ｘ”形。     

高速窄线宽外腔半导体激光器

研制了以反射率约为50％的光纤光栅为外反馈的高速窄线宽半导体激光器。所得器件光谱半宽小于0.1nm,波长1053±4nm,出纤功率高于0.5 mW,调制带宽达3GHz。     

铝/钢异种金属激光填丝熔-钎焊连接工艺研究

采用板条CO2激光器对铝-钢异种金属搭接接头进行激光填丝焊接试验研究。分析了不同热输入量对焊缝成形质量的影响以及不同热输入量对焊缝显微组织、焊缝物相及力学性能的影响。实验结果表明,与低能量密度参数下的焊接接头相比高能量密度参数下的焊缝内部组织将不再均匀,而是出现了条状或块状金属间化合物FeAl,铝-铁界面产生的金属间化合物厚度增加,钢板熔化区主要物相也由低能量密度时的FeAl和Al与-αFe形成的固溶体转变为Fe3Al和Al与-αFe形成的固溶体,从而降低了焊缝的力学性能。拉剪结果显示,高能量密度焊接参数下的焊缝抗拉(剪)强度仅为低能量密度下的72.9%。