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。     

铝合金双光束焊接特性研究

采用双束CO2激光进行了铝合金双光束焊接工艺试验,研究了双光束并行与串行排列两种模式焊接时的焊缝成形、气孔含量及接头强度等焊接特性,同时分别从同轴、旁轴两个方向监测了双光束焊接过程中熔池表面形态与等离子体特征,并与传统单束激光焊进行了对比分析.试验结果证明,双光束焊接过程等离子体更加稳定,尺寸也更小,因而获得了很好的焊缝成形与接头性能.相比而言,双光束并行焊接获得的焊缝性能更优,但会一定程度降低焊接熔深.     

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。     

不同光束类型致铝合金表面漆层损伤形貌研究

漆层的损伤形貌反映了激光与材料相互作用的规律及除漆机理,了解不同光束类型对漆层的损伤特征及作用规律有助于选择激光精准除漆,提高表面处理质量。为探究不同光束类型对漆层材料的作用规律及除漆机理,采用扫描电子显微镜和3D光学表面轮廓仪测量铝合金表面漆层在高斯与平顶激光除漆后,损伤直径、损伤深度及损伤形貌随能量密度的变化。结果表明,在高斯光束作用下,表面漆层损伤区域受到热烧蚀和热振动效应影响,出现漆层剥离、烧蚀去除等现象,损伤凹坑光滑、规则,当能量密度为12.37 J/cm²时,漆层的损伤直径达到46.71μm,深度达到10.14μm;在平顶光束作用下,表面漆层损伤区域主要受到热振动效应影响,损伤凹坑呈现出振动剥离去除的形貌,凹坑范围内的漆层剥落不规则,剖面呈“锯齿”状,当能量密度为12.37 J/cm²时,损伤直径达到612.3μm,深度达到19.42μm;同等能量密度下,平顶光束剥离漆层量更大。     

曲面激光增材制造钛/铝异质材料起始及稳态沉积过程热行为研究

针对曲面激光增材制造钛/铝异质材料温度场和熔池形貌的调控难题,采用有限元模拟方法,对激光定向能量沉积(LDED)钛/铝异质材料起始及稳态沉积过程进行数值模拟,通过控制变量研究了激光功率、扫描速度对熔池形貌、宽深比及温度场的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明：LDED成形钛/铝异质材料的熔池热行为、形貌等随激光参数发生显著变化,当扫描速度为0.32 rad/s时,随着激光功率从1400 W增至2300 W,熔池最高温度从1525.5℃升至3289.8℃,熔池的体积从1.16 mm³增至7.73 mm³,熔池宽深比与激光体能量密度呈负相关。当激光功率为2000 W,扫描速度为0.32 rad/s时,Al-Ti异质材料层的熔池宽深比最大,为1.84,起始堆积Ti层的宽深比次之,为1.42,稳定堆积Ti层的宽深比最小,为1.22。实验得到的熔池宽度为0.61 mm,熔池形貌与有限元模拟熔池形貌吻合良好。     

纳秒激光工艺参数对铝/镁异种焊缝成形的影响

利用纳秒激光对铝合金和镁合金薄板进行了中心搭接焊试验,分析了纳秒激光工艺参数对铝/镁焊缝成形及力学性能的影响。研究结果表明,在纳秒激光焊接能量输入低、激光功率密度大、焊接速度快的条件下,可形成有效的铝/镁焊接接头,剪切强度达到86 MPa。在5~10kW激光功率范围内,焊缝熔深与纳秒激光功率密度呈线性关系,而与激光持续作用时间和激光点能量呈对数关系。     

光束摆动对铝合金激光搭接焊缝成形及组织的影响

为减少6061铝合金搭接叠焊接头激光焊接缺陷,采用激光摆动焊接方法,研究光束摆动对焊缝成形质量、显微组织和显微硬度的影响.结果 表明:无摆动焊搭接接头焊缝成形粗糙不均匀,焊缝中心存在大量气孑孔;激光摆动焊接可明显改善焊缝成形,降低焊缝内部气孔率.当扫描幅值为1.0～1.5 mm,扫描频率为100～300 Hz时,激光摆...     

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。     

基于回归分析的钛合金T型接头激光焊接焊缝成形尺寸预测

利用光纤激光对TA15钛合金蒙皮网格结构进行焊接,采用同轴高速摄像监测方案对不同焊接参数下的熔池形貌进行图像采集与特征提取。结果表明,采取基于亮度特征的熔池边缘分段提取方法可以解决熔池图像前后亮度不均匀问题,提取准确的熔池边缘信息。熔池宽度和后拖角度与对T型接头焊缝结合面宽度具有强相关性,熔池长度、宽度、后拖角度与T型接头焊缝熔深具有强相关性。同时,建立了焊接工艺参数与焊缝成形的回归分析模型,并对焊缝成形尺寸进行预测,焊缝结合面宽度和熔深的平均预测误差分别为0.14 mm和0.10 mm。     

基于非球面镜像差效应的长焦深高斯光束均匀化光学系统设计

近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而,高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度,实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布,但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此,本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统,系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成,所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜,能够实现99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为1064 nm,工作距离为1000 mm,系统总长为135.2 mm,耐受激光功率不小于300 W。设计结果表明:整形后的平顶高斯光束有效焦深为±100 mm,光束均匀性≥95%,会聚角为17.52 mrad,能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统,具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。     

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。     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

CO2激光焊接船用铝合金T型材的焊缝成形控制

分析了船用铝合金T型材的特点,提出激光焊接船用铝合金T型材的方法。采用CO2激光填丝焊接方法实现了6.0mm厚船用5083铝合金T形构件角焊缝的焊接。在平板扫描焊接实验的基础上,重点研究了激光束入射角度、作用位置及焊接速度与送丝速度的匹配关系对角焊缝成形的影响。针对6.0mm的5083铝合金,采用Ar和He混合保护气在激光功率为3300～3500W,离焦量为0的情况下进行焊接。激光入射角度为22°～25°,激光作用于竖板距横板0.8～1.0mm处,焊接速度2.2～2.5m/min,送丝速度2.5～2.8m/min的条件下,能够得到满意的角焊缝成形。同时,讨论了船用铝合金T型材CO2激光焊接过程中产生气孔和过程不稳定的原因。     

6.0mm厚5183铝合金激光摆动焊接工艺研究

为了解决6.0mm厚5183铝合金激光焊接气孔问题,采用IPG双楔形镜旋转摆动焊接头进行激光平板对接焊,通过改变扫描模式、扫描频率、扫描振幅等摆动焊接参量进行激光焊接试验,研究了激光摆动工艺对厚板铝合金非穿透焊接接头质量的影响规律,找出最优工艺参量并进行了验证试验。结果表明,激光摆动焊接的铝合金焊缝外观形貌显著改善;除直线扫描模式下有少量气孔外,其余4种扫描模式（顺时针圆、逆时针圆、数字8和无穷大）实现基本无气孔;焊缝截面气孔率随着扫描频率和扫描振幅的提高显著减少,当扫描频率大于200Hz和扫描振幅大于2.0mm时,能得到基本无气孔焊缝;6.0mm厚铝合金对接最优工艺参量为无穷大扫描模式,扫描频率300Hz,扫描振幅3.0mm,可得到无气孔、抗拉强度271MPa、为母材强度88%的对接接头。激光摆动焊接法显示出了良好的应用前景。     

CO2激光焊接铝合金工艺的研究

在自己研制的5kW级横流CO2激光器上采用2～3kW低阶模功率输出,在20～120cm/min焊速下实现了1～4mm厚的6063型号铝合金的熔焊及对焊和1.5～4mm厚的LY12铝合金的对焊,并分析了工艺参数对焊接结果的影响     

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。     

18-8型奥氏体不锈钢低功率Nd:YAG激光焊接研究

文中采用YAG激光作为焊接热源,对1.0mm厚的奥氏体不锈钢薄板的双面激光焊接工艺进行了研究.主要研究了试样的焊前打磨抛光、保护气体的选择及激光工艺参数(包括激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率等)的匹配对焊缝形成及表观形貌的影响.试验结果表明,此不锈钢非常适合用激光焊接.施焊前对试样进行充分的打磨和抛光十分必要,必须保证对焊面能紧密接触,以防止焊接过程中产生过多的气孔,同时还对提高焊缝的机械性能有重要作用.焊接过程中合适的保护气体及其送气方式也是十分必要的.大量试验表明,激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数的合理组合是实现不锈钢薄板焊接的关键因素.最佳工艺参数组合为在激光功率密度恒为5.7×105 W/cm2的条件下,焊接速度不高于2mm/s,脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率为9Hz.     

激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究

分析了激光深熔焊接的小孔机制的数学模型。研究了焊接熔池的稳定性与金属蒸气压的关系及金属蒸气压与等离子体的关系。着重研究了激光焊接工艺参数(包括激光模式、功率、聚焦条件、焊接速度和辅助吹气)对焊接熔池行为的影响,最后,还研究了熔池行为与焊缝组织结构和缺陷(如气孔、裂纹等)的关系。     

深熔激光焊小孔和熔池形状 三维模拟的MATLAB实现

分析了影响深熔激光焊熔池几何形态的主要因素;应用MATLAB软件,实现了小孔和熔池形状的三维计算和模拟。