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。     

钛合金薄板激光对接焊温度场的数值模拟

为了分析激光对接焊TC4钛合金薄板的焊接过程,以ANSYS软件为平台采用有限单元法建立了非线性瞬态热传导模型,模拟计算了焊接时的3维瞬态温度场;数值模拟过程中考虑了材料热物理性能参量的温度依存性,并利用APDL语言编程实现了移动高斯分布面热源模型的加载。结果表明,激光焊接过程中的温度场由非稳态到稳态,最终呈现出流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝的热影响区小;模拟得到的焊缝形状与试验获得的焊缝形状相吻合;模拟获得的400℃临界温度以上区域的尺寸范围为42.00mm10.56mm。该研究验证了模拟方法的正确性,为焊接保护装置设计提供了依据。     

5083铝合金光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius Magic Wave 3000 job数字化焊机, 对4 mm厚5083H116铝合金进行了复合填丝焊接试验。研究了光丝间距和送丝速度等工艺参数对光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接的影响, 并分析了焊接结果及接头力学性能。结果表明, 该复合填丝焊接方法能够获得比较稳定的焊接过程, 得到成形良好的焊缝, 消除了复合焊接时表面下凹等缺陷, 焊缝无气孔和裂纹;接头抗拉强度为331 MPa, 达到母材强度的97%, 延伸率为9.6%。     

钛合金天线氩孤焊工艺研究

本文对钛合金的氩孤焊进行了探讨和论述，着重对氩孤焊时氩气保护机理、规范参数选择及工艺措施进行研究，开发了强度试验，冲击试验。某工程振子天线首次使用钛合金这一新材料，采用该工艺焊接，能满足天线强度要求和结构使用要求。     

5083铝合金光纤激光填丝焊接工艺

5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题,采用5087焊丝作为填充材料,对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验,分析了影响焊缝成形的主要因素,并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明:与自熔焊相比,填丝焊工艺参数为功率6kW,焊接速度7.5m/min,送丝速度4.5m/min,光丝间距1.0mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷,获得成形饱满,组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304MPa,约为母材的88%,比自熔焊提高了6.17%左右;延伸率平均为5.43%,比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝,断口呈现典型的韧性断裂特征。     

钛合金T形件双激光焊接力学性能与组织研究

采用双激光焊接技术分别对TC2与TA15钛合金的T形接头进行焊接试验,并对接头进行了650℃的热处理去应力,分析接头的微观组织,测试接头的力学性能,讨论热处理工艺以及立筋对接头力学性能的影响。结果显示,经过650℃热处理后,TA15钛合金接头的力学性能基本没有发生变化,而TC2钛合金接头力学性能略有降低。这主要是由于热处理后TC2组织呈现明显的回复再结晶形态。由于立筋的存在,TC2接头的拉伸性能优于母材,且由于接头晶粒取向与原母材的纤维方向呈一定角度,不再垂直于剪切测试受力方向,故剪切性能高于母材,但650℃热处理对接头力学性能影响较小。对垂直于立筋方向受力的拉伸力学性能提升不明显,仅为2%,而对垂直于立筋方向受力的剪切性能有明显提升,约为25%。     

Al-Mg-Sc与2A12激光对焊工艺

针对目前军用飞机铝合金结构损伤抢修及日常维修技术存在的弊端,提出采用激光焊接技术修复损伤的2A12结构件;研究了自制的Al-5Mg-0.3Sc与2A12的激光对焊;通过金相显微镜、扫描电镜等研究了焊缝及基体金相组织、抗拉强度等性能及焊接试样与2A12铆接试样抗拉强度.研究表明,Al-5Mg-0.3Sc合金与2A12合金激光对焊焊缝晶粒明显细化,抗拉强度与2A12板材的铆接强度相当,AI-5Mg-0.3Sc板材与2A12板材的激光对焊焊接结构可以替代传统的2A12板材的铆接修理结构.     

Al-Mg-Sc与2Al2激光对焊工艺

针对目前军用飞机铝合金结构损伤抢修及日常维修技术存在的弊端,提出采用激光焊接技术修复损伤的2Al2结构件;研究了自制的Al-5Mg-0.3Sc与2Al2的激光对焊;通过金相显微镜、扫描电镜等研究了焊缝及基体金相组织、抗拉强度等性能及焊接试样与2Al2铆接试样抗拉强度。研究表明,Al-5Mg-0.3Sc合金与2Al2合金激光对焊焊缝晶粒明显细化,抗拉强度与2Al2板材的铆接强度相当,Al-5Mg-0.3Sc板材与2Al2板材的激光对焊焊接结构可以替代传统的2Al2板材的铆接修理结构。     

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.     

厚板高强钢激光填丝多层焊工艺

以16 mm厚低合金高强钢11CrNi3MnMoV为实验材料,研究了不同能量输入模式下厚板激光填丝多层焊的焊接工艺特性.设计了窄间隙坡口形式,实现了双光束激光填丝的单道多层焊.通过对比单、双光束填丝焊的焊缝成形特征,确定气孔、未熔合为高强钢厚板激光多层焊的主要缺陷,双光束可有效提高焊接稳定性、降低焊缝气孔,同时明显提高焊丝对中性能;辅助层间保温与热丝技术可有效解决未熔合与层间柬腰过小问题.双光束热丝焊的接头抗拉强度可达母材97%以上,为填丝多层焊的优选工艺.焊缝断口呈现为韧窝型剪切断裂.     

镁合金/钛合金脉冲激光焊接头的组织、性能调控

采用脉冲激光偏移镁侧并添加铜中间层的方法对镁合金和钛合金进行激光对接焊接,研究了界面元素扩散和反应特点,分析了铜中间层厚度对接头组织和力学性能的影响及接头断裂的主要原因。结果表明:铜中间层的加入改善了焊缝/钛合金界面的组织,增大了界面附近Ti-Cu化合物的含量;随着铜中间层厚度增大,界面处Ti2Cu反应层的厚度逐渐增大并变得连续,且接头的断裂位置从界面反应层转变到焊缝区;当铜中间层的厚度达到30μm时,接头的抗拉强度达到了121 MPa。     

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。     

对接间隙对激光填丝焊接头成形与性能影响

为阐明异种钢激光填丝焊接工艺参数对焊缝成形的影响,以不等厚板2 mm 45钢和6 mm 316L不锈钢为试验材料,采用激光填丝焊接方法进行焊接,研究不同对接间隙下的焊缝成形以及焊接接头的力学性能。结果表明,随着对接间隙的增加,余高逐渐减小,焊缝形貌从钉子形向H形过渡,随着对接间隙变大,焊缝形成缺陷。焊缝中心硬度随着对接间隙的增加而减小,焊接接头硬度最高处位于45钢热影响区。焊接接头的抗拉强度随着对接间隙的增加先增大后减小。在对接间隙为0.6 mm时,表面形貌良好且抗拉强度最高,焊接试验断裂位置在2 mm 45钢一侧。     

YG20/45#钢激光焊焊缝组织与界面元素扩散研究

在无填充、不开坡口条件下,以5 k W光纤激光作为热源,研究激光扫描速度对YG20硬质合金与45#钢的焊缝组织与元素扩散的影响规律。分析了YG20/45#钢焊缝成形、组织及元素扩散。讨论了激光扫描速度对于热胀系数差异较大的异质材料焊接的焊缝成形的影响规律。研究结果表明,当被焊材料厚度为2 mm时,采用激光功率P=1.93 k W、激光扫描速度v=2.40 m/min,离焦量-8 mm时,可以获得冶金结合良好的YG20/45#钢焊接接头;随着焊接热输入的增加,硬质合金/焊缝侧界面的碳化钨晶粒粗化,裂纹倾向增加。主要分布在焊缝和硬质合金侧热影响区,降低焊接接头的性能。线扫描分析结果表明,硬质合金中的W、Co与钢中Fe发生了互相扩散,使整个接头达到了很好的冶金结合。     

激光增材连接TA15钛合金显微组织及力学性能研究

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造,开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备,分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好,连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶,显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线,但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试,并与母材本体的相应性能进行了对比,发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%,结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。     

钛合金-不锈钢异种材料激光焊接工艺研究

为了探究钛合金-不锈钢异种金属焊接的特殊性,更好地提升两金属间的焊接性能,采用在钛合金与不锈钢之间加入填充层黄铜进行焊接的新方法,进行了理论分析和实验验证。应用ANSYS有限元分析软件分析得出填充层-黄铜的合理厚度应在0.5mm~0.7mm左右,并基于仿真结果对填充层黄铜厚度为0.5mm~0.7mm的钛钢异种金属焊件进行焊接实验,对焊接试样进行硬度、抗拉性测试及扫描电镜观察。结果表明,填充层黄铜的厚度为0.6mm时,钛合金-不锈钢异种金属激光焊接试样的焊缝形貌和力学性能较好。     

钛合金激光点焊-胶接复合接头组织性能研究

利用带有预气化脉冲的激光束,对Ti6Al4V钛合金进行激光点焊胶接复合连接实验,分析了胶层分解后产生的残余碳对激光点焊胶接复合接头内组织和性能产生的影响。研究结果表明,胶层分解后产生的残余碳会使钛合金的激光点焊胶接复合接头中出现大量的TiC,并且在焊点与胶层接触的界面处生成以TiC为主的界面反应区。对钛合金激光点焊胶接复合接头内部组织产生影响的残余碳主要是在预气化脉冲过程中分解所产生的,而形成界面反应区的残余碳则主要来源于后续的胶层回流现象。TiC的出现提高了钛金点焊胶接复合接头的显微硬度,但是不利于提高钛合金点焊焊接复合接头的承载能力。     

铝硅涂层钢摆动激光填丝焊接接头组织和性能

采用摆动激光填丝焊接Al-Si涂层22MnB5钢,研究摆动频率对焊接接头的组织和力学性能的影响。并与常规激光自熔焊接（LW）进行对比,讨论摆动激光填丝焊接（OLFW）工艺对δ-铁素体的抑制作用。结果表明,LW焊缝表面出现下凹,而OLFW工艺能够改善焊缝成形,并降低焊缝中α-铁素体的含量。当摆动频率为200 Hz时,α-铁素体的体积分数最低（11.51%）。高含量的α-铁素体造成LW接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别降低至392 HV、1440 MPa、1.92%。与LW相比,热冲压前摆动激光填丝焊接样品2(OLFW2)焊缝中Al的平均含量（质量分数）由2.16%降低至1.38%。热冲压后OLFW2接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别提高至471 HV、1561 MPa、3.1%,分别提高了20.2%、8.4%、61.5%。焊缝中α-铁素体的形成和不均匀分布是造成LW和OLFW2接头断裂在焊缝的主要原因。     

表面组装激光软钎焊工艺研究

在自行研制的激光软钎焊装置上进行了有引线片式IC的软钎焊连接工艺试验,详细考察了接头外观质量与加热规范的关系;接合部内在质量(接合面积、剥离破断力等)与规范、钎料量之间的关系。     

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。