7075铝合金中厚板激光扫描焊接气孔抑制机理研究

针对7075-T6铝合金10 mm中厚板开展了激光扫描焊试验和模拟研究，通过X射线无损检测以及熔池流动模拟，探究激光扫描焊接对焊缝气孔的抑制规律。试验结果表明，随着扫描频率和扫描振幅的增加，焊缝气孔率有降低趋势。分析不同扫描频率下的模拟结果发现，高频扫描下由于匙孔叠加会产生“大匙孔”结构，此结构相较低频扫描下的细长匙孔来说更加稳定，更不容易坍塌形成气泡；同时光束扫描增加了熔池宽度，增大了气泡逸出的概率。分析不同扫描振幅下的模拟结果发现，大振幅显著降低了匙孔的深度，从而降低了匙孔的深宽比，增强了匙孔的稳定性；同时增大振幅进一步扩大了熔池的宽度，增大了气泡逸出概率，进而降低了焊缝中的气孔率。     

离焦量对高强钢激光填丝焊熔滴过渡特性的影响

为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响，获得稳定过渡模式，借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为，并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明，离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性，获得的焊缝质量良好，焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡，此时焊接稳定性最差，焊接过程中匙孔会完全闭合，焊缝表面成形不规则，焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。     

激光深熔焊接小孔效应的传热性研究

激光焊接由于其焊缝深宽比高、热影响区小以及高的焊接速度而在工业上得到越来越广泛的应用。激光深熔焊接的本质特征就是存在着小孔效应。采用高速摄影的方法清晰、完整地观测了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔，实验研究了离焦量、焊接速度对小孔和熔池形状、尺寸的影响。在分层假设的基础上建立了激光深熔焊接小孔效应的传热模型，并根据观测到的小孔形状和尺寸，用有限元法计算了小孔周围的温度场和流场。实验与模拟计算结果表明，小孔前沿的温度梯度比后沿的大；焊接熔池中的最大对流速度达到了焊接速度的10倍左右；小孔形状和尺寸的实验观测为系统研究激光深熔焊接时的小孔效应提供了一种新的方法。     

5083铝合金真空激光焊缝成形的影响因素

采用正交试验法,在不同参数下对厚度为30 mm的5083铝合金厚板进行了激光焊接工艺试验研究。结果表明,激光功率、焊接速度及环境压力对焊缝成形、气孔率均有不同程度的影响,其中环境压力对气孔率、熔深和深宽比的影响最大。当环境压强降至5 kPa时,熔深达到了常压下的2倍,气孔率仅为0.057%。研究结果为铝合金激光焊缝成形和气孔率的控制提供了参考。     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。     

K418与42CrMo异种金属的激光穿透焊接

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量对激光穿透焊接K418和42CrMo焊缝成形的影响。结果表明,K418与42CrMo激光穿透焊接有X形和T形两种典型的焊缝形貌,且焊缝形貌是不对称的。随着焊接速度的提高,焊接线能量降低,焊缝尺寸变小,且焊缝上部尺寸变化比下部尺寸变化慢,焊缝形貌由X形过渡到T形。当离焦量在瑞利长度范围内时,焊缝正面宽度变化很小;当离焦量超出瑞利长度范围时,在足够高的激光功率密度下,焊缝正面宽度快速增加。在激光功率为3 kW,侧吹保护气角度为35°条件下,通过优化焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量可以得到最佳焊缝质量。     

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。     

脉冲CO2激光焊接30CrMnSiA气孔控制及机理分析

为了研究激光深熔焊气孔的产生规律及抑制气孔的措施,采用脉冲CO2激光焊接的方法,得到了未焊透时焊缝气孔率和脉冲参数的关系。结果表明,在脉冲频率低于50Hz时,焊缝气孔随着脉冲频率的增加显著减少,当频率在50Hz~200Hz范围时,可以稳定地抑制焊缝气孔的产生。适当提高占空比有利于减少气孔数量。     

基于紫铜填充中间层的黄铜激光焊接气孔控制

采用中间过渡层的新方法研究了黄铜焊接气孔的控制,对比分析了以紫铜为中间层的黄铜激光焊接和常规激光焊接获得的焊缝的气孔率,结果表明:在中间层条件下,焊缝表面和内部的气孔率均大幅降低;随着焊接速率增大,气孔率逐渐减小,当焊接速率为2.2 mm/s时,气孔率几乎为零;当焊接参数相同时,中间层条件下的焊缝气孔率仅为常规激光焊接的1/3,焊接接头的力学性能优于常规激光焊接。在焊缝成形良好的前提下,验证了采用紫铜为中间层的焊接方法控制黄铜激光焊接气孔缺陷的有效性。     

6061-T6铝合金激光-电弧复合高速焊气孔形成及控制机制

采用激光-钨极氩弧焊(TIG)复合热源对6061-T6铝合金进行了高速焊接,研究了焊接电弧电流、激光脉宽及脉冲频率等工艺参数对气孔形成的影响规律。结果表明,在6061-T6铝合金高速激光-TIG复合焊中,焊接速度的提高使得熔池冷却速度加快,焊缝组织出现细小的等轴晶,热影响区的软化区宽度减小。熔池冷却状态的变化造成"匙孔"稳定性降低并容易坍塌,焊缝中极易形成气孔。随着激光脉宽的增大,焊缝中的气孔数量减少,尺寸减小;随着激光脉冲频率的增大,焊缝中的气孔数量先减少后增加;当电弧电流从180A增大到200A时,焊缝中的气孔数量明显减少。     

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。     

激光-MIG复合焊接工艺参数对焊缝形状的影响

本文以激光-MIG复合焊焊接工艺参数对焊缝形状的影响为出发点,对复合焊进行了初步的研究。实验研究了激光与电弧之间的距离、离焦量、焊接速度、送丝速度、电弧的类型以及激光的倾斜角度等工艺参数对复合焊焊缝的熔深熔宽的影响。实验表明,激光与电弧之间的距离(DL A)对复合焊的熔深影响较大,在DL A为2mm时,熔深达到最大。离焦量主要是通过影响能量密度来影响熔深和熔宽,在离焦量为+2mm时熔深达到最大,不同于单独激光焊负离焦时熔深最大。焊接速度有一个合适的范围,在这个范围内随着焊接速度的增加,熔深熔宽减少。送丝速度对复合焊的焊缝形状影响最大,送丝丝度较小时焊缝形状类似于单独激光焊;送丝速度过大电弧等离子体屏蔽激光,焊缝形状类似于MIG。激光的倾斜角度对复合焊的焊缝熔深熔宽也有一定的影响,当激光的倾斜角度为10oC时,熔深达到最大熔宽最小。     

激光焊接镀锌钢/冷轧钢异种板材工艺试验研究

为了研究镀锌钢/冷轧钢异种板材间激光焊接性能,采用光纤激光器及其配备的机器人对其进行了焊接试验,并对接头进行了显微组织和力学性能分析。在试验的基础上,分析了激光功率、焊接速度、离焦量等主要工艺参量对焊缝性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着激光功率的增大和焊接速度的降低,焊缝宽度和熔深增加;焊缝及热影响区硬度均高于母材,焊接接头的强度与母材冷轧钢板相当;为保证焊接接头强度和性能的有效过渡,克服因其物理性质差异所导致的焊缝与拼接中心间的偏离,激光光斑中心宜向冷轧钢板一侧偏移。     

有限元仿真激光焊接亚微米尺度一维氧化锌

采用ANSYS有限元软件仿真激光对接焊直径从200~1000 nm、长5 μm的一维氧化锌材料,得到了温度和熔池分布。针对500 nm的一维氧化锌材料,若在焊缝处形成不同深度的熔池,焊接时间每降一倍,激光功率需提高0.5倍。以熔池达到接合处截面面积的50%为仿真目标,对不同直径的一维氧化锌材料和聚焦光斑离焦量进行了仿真,随着材料直径的增大,焊接时间近似呈指数增大,而激光功率近似呈指数衰减;无论正负离焦,随着离焦量的增大,所需激光功率在氧化锌直径减小时急剧增加;当负离焦时,随着离焦量的增大,所需激光焊接时间在氧化锌直径增大时显著降低,但正离焦时,变化不显著。     

14μm芯径激光搅拌焊接铝合金工艺研究

以14μm小芯径激光作为热源，通过分析搅拌焊接过程中运动轨迹与能量密度的变化，开展了2 mm厚2A12铝合金激光焊接的工艺研究。结果表明：相同参数下14μm小芯径激光焊接中的峰值能量密度最高为100μm芯径激光的15倍以上；在未焊透母材前，随着搅拌频率和焊接速度的变化，接头的深宽比维持在0.68，这得益于14μm小芯径激光的匙孔生成阈值是常规100μm芯径激光的19.1倍，是200μm芯径激光的54.0倍；不同焊接参数下，焊缝未发现明显气孔、裂纹缺陷，最终在焊接速度为20 mm·s-1、搅拌频率为200 Hz时，获得了表面成形质量最佳的焊缝。     

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。     

SUS316不锈钢激光摆动焊接工艺研究

对SUS316不锈钢激光摆动焊接工艺进行研究,在不同摆动振幅、频率、焊接速度、激光功率、离焦量下测试激光摆动焊接焊缝成形,并对比不同摆动方式下不锈钢搭接接头的焊缝成形及机械性能。结果表明：当垂直振幅≥0.15 mm时,可以获得成形较好的矩形焊缝;摆动频率过低容易出现“齿状”焊缝,过高则容易产生咬边,当频率为300～400 Hz时,可以获得成形良好的焊缝;摆动频率与焊接速度的比值不小于10时,有助于消除“齿状”;激光功率、离焦量主要影响焊缝的深度与宽度。相对于不摆动焊接,摆动焊接获得的接头强度更高,激光摆动焊接1 mm厚不锈钢搭接接头,焊缝宽度约1 mm时,接头抗拉强度达698 MPa,约为母材的1.34倍。     

保护气体对接头形貌及熔滴过渡的影响与模拟

为了研究保护气体流量对复合焊接接头形貌及熔滴过渡的影响，采用5mm厚的高强钢板材进行了激光电弧复合焊接试验的理论分析和实验验证，获得了不同气流量下的焊缝形貌以及焊接过程中电弧和熔滴图像。结果表明，随着保护气体流量的增大，焊接熔深先增大后减小；当保护气体流量在25L/min，焊接熔深达到最大；且焊缝的铺展性较好，飞溅较少；保护气体流量通过影响熔滴过渡的形式，对熔滴过渡频率产生影响；随着气流量的增大，熔滴过渡频率减小，且在25L/min时，熔滴过渡频率较稳定；采用FLUENT软件对气流量进行数值模拟，气流量越大，保护气体流速越大，在工件表面的作用面积减小。该研究结果为实际工程应用中选择保护气体流量制备高质量的焊缝奠定了基础。     

高强镀锌钢激光填粉焊接工艺试验研究

为了研究高强镀锌钢激光填粉焊接工艺,采用正交实验法优化了激光功率、焊接速度、离焦量等焊接工艺参量。结果表明,激光填粉焊接速率过低时,焊缝易于产生熔质堆积和焊接孔洞;增大离焦量可实现粉末的有效利用;装配间隙为0.25mm（母材厚度的31%）时,高强镀锌钢激光填粉焊接的最佳工艺参量为激光功率1500W,焊接速率30mm/s,离焦量12mm,此时,焊缝表面成形良好,其拉伸试验断裂产生在母材。     

金刚石锯片的激光焊接工艺参数试验研究

采用800W基模CO2激光器对金刚石锯片进行了激光焊接研究。试验并研究了激光功率、焊速、离焦量及偏移量等工艺参数对金刚石锯片的激光焊接质量的影响,获得了焊接的最佳工艺参数,焊缝深宽比约为2mm,焊接熔合深度约为1.2mm。激光焊接的金刚石锯片显著地提高了其结合强度及承载能力。