激光冲击对不锈钢焊接结构影响的数值分析

为了探究激光冲击对不锈钢焊接接头残余应力分布的影响,对不锈钢焊接过程和激光冲击焊缝过程进行了数值分析。结果显示,焊后焊接结构的残余应力分布很不均匀,焊缝表面表现出较大的残余拉应力,横向和纵向残余应力相差较大。经激光冲击处理后,焊接区域的残余应力都有明显的改善,表面残余应力由拉应力转变成压应力,且应力值随着激光功率密度和冲击次数的增加而增大,横向应力和纵向应力分布也趋于均匀;选用合适的搭接率可以产生均匀的残余压应力。分析结果为激光冲击改善焊接结构性能提供参考依据。     

Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比

分别采用气体保护焊(GMAW)和激光焊(LBW)焊接板厚为2.8mm的Q345低合金高强钢对接接头,并测量了对接接头的面外变形。基于Abaqus软件平台,开发了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元算法。利用开发的算法计算了GMAW和LBW两种焊接方法的焊接温度场、焊接变形和残余应力。模拟温度场时,采用等密度椭球热源模拟GMAW的热输入,分别采用高斯分布锥形体热源、由等密度半椭球热源与锥形体热源组成的复合热源模拟LBW的热输入。数值模拟结果和试验结果表明,焊接2.8mm厚的Q345钢板对接接头时,LBW产生的面外焊接变形明显小于GMAW;LBW在焊缝附近产生的纵向高拉伸应力区域范围明显小于GMAW,且两者的纵向与横向残余应力分布形态也有较大差异。此外,模拟激光焊时,虽然高斯分布锥形体热源与复合热源模型在板厚方向的热流密度分布不同,但两者产生的焊接变形差异很小,焊接残余应力分布也基本一致。数值模拟结果对两种激光热源模型并不十分敏感。     

异种金属激光焊接关键问题研究

现代工程结构要求对异种金属材料进行焊接.激光焊接具有密度高、焊缝深宽比大、热影响区窄以及变形小等特点,成为异种金属材料焊接的有效方法.异种金属激光焊接过程包含多种效应,机制复杂.比如,材料性能差异对焊缝微观组织与宏观性能的影响;焊接熔池的形成、演化机制;熔池凝固过程焊接缺陷及残余应力形成等.围绕异种金属激光焊接过程中的关键问题,国内外开展了诸多研究工作,对此进行了全面阐述.在此基础上,指出异种金属材料激光焊接研究中的不足及发展方向.     

CFRP与不锈钢激光焊接的有限元分析

为了研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）与不锈钢激光焊接的机理,及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律,采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型,计算得到了温度场和应力场的分布,分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律,并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明,该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布;激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响;计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合,验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。     

铝合金不等厚板的CO2激光拼焊及数值模拟

采用CO2激光器,在填加和不填加合金粉末两种条件下,进行了不等厚铝合金(5A02,5A06)薄板的激光拼焊,研究了影响焊接过程稳定性和焊缝成形性能的主要因素,并用有限元方法(FEA)对焊接过程的温度场和应力场进行数值模拟,分析了拼焊板的残余应力分布和变形特点.试验结果表明,镁含量较高的铝合金对激光束的吸收率高,因此达到稳定深熔焊的临界功率密度较低,容易获得稳定的深熔焊过程;填粉能提高铝合金对激光的吸收率,使激光焊接中等离子体更加稳定,使焊接过程更趋稳定,更易得到成形优良的焊缝.模拟结果表明,不等厚铝合金板激光拼焊的温度场不对称,不等厚板的残余应力场和应变场也分布不对称,薄板上残余拉应力范围比厚板大.薄板整体变形大于厚板且比厚板复杂.     

316L不锈钢激光-钨极惰性气体复合焊接工艺研究

为了进一步提高316L不锈钢的可焊性,采用Rofin Sinar 5kW快轴流CO2激光器和Miller钨极惰性气体(TIG)焊机,对3mm厚316L不锈钢进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距等工艺参数对焊缝成形的影响规律。在激光功率大于2.5kW时,会产生小孔效应,其对复合焊接熔深影响显著;而当电弧电流小于150A时,焊接熔宽与两热源的热输入关系密切,当电流大于150A时,仅电弧电流是焊接熔宽的决定性因素;热源间距存在一个最佳值2mm~3mm,此时,焊接熔深可提高1.46倍~2.54倍。研究结果表明,复合焊接提高了316L不锈钢的可焊性。     

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。     

薄板长直结构激光-电弧复合焊条件下焊接变形数值模拟

基于通用有限元软件MSC. Marc开发了考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟薄板长直结构的焊接变形。采用所开发的数值模拟方法，计算了含有两条焊缝的薄板长直焊接结构在激光-电弧复合焊接条件下的焊接变形，并研究了焊接顺序、焊接热输入和两条焊缝的热输入比对焊接变形的影响。数值模拟结果表明：在本研究所采用的拘束条件下，焊接顺序对焊接变形有显著影响；对于非对称焊接结构，先焊局部刚度较大焊缝产生的焊接变形相对要小些；在两条焊缝热输入相同的情况下，焊接结构的变形大小与焊接热输入大小呈现正相关关系；两条焊缝的热输入比对于非对称结构的焊接变形也有较大的影响。     

6061铝合金超声波辅助激光焊接变形控制研究

为了解决6061铝合金在激光焊接过程中出现的易变形、变形大的问题,采用施加超声波以辅助焊接的方法,以1mm厚的6061铝合金薄板为研究对象展开超声波辅助激光焊接试验,探究超声波对6061铝合金焊接变形的抑制作用;利用单因素试验方法分析了超声波功率对焊接变形的影响规律,设计包括超声波功率、激光功率、焊接速率、离焦量、保护...     

激光热处理对1Cr5Mo耐热钢焊接接头拉伸性能的影响

为了改善1Cr5Mo耐热钢焊接接头拉伸力学性能,利用CO2激光对其进行了表面改性处理,通过拉伸试验考察了激光热处理对拉伸性能的影响.利用扫描电镜观察了焊接接头的断裂形式和断口形貌,并用能谱仪分析了激光热处理前后试样表面化学元素的组成,讨论了残余应力和残余奥氏体对拉伸性能的影响.结果表明,激光热处理前后试样的拉伸断口均为韧性断裂,激光热处理后断裂性能有所提高;激光热处理试样表面产生晶粒细化和残余压应力的强化层,其屈服强度和抗拉强度分别提高了3.4%和13.7%,拉伸性能得到进一步提高;激光热处理试样的残余奥氏体含量有所降低,导致焊接接头的断面收缩率下降了18.61%,而延伸率基本不变,其均匀变形能力有所增强.     

某型压力传感器芯体激光焊接模型化分析

基于数值仿真工具，对某型压力传感器芯体径向脉冲激光焊接过程进行3D建模及仿真分析。模型描述了焊接过程中脉冲激光形成的等效热源，316L不锈钢材料的传热和相变，热影响区形成的瞬态应力场，以及焊接后形成的残余应力。同时，根据多种激光焊接工艺参数组合形成的熔池深度实测数据完成等效热源模型的标定。结果显示：经过标定的等效热源模型熔深计算值与实测值偏差在8%以内；将焊缝残余应力分布计算值与X射线衍射法所得的实测值进行了对比分析，两者结果较为吻合，变化规律一致，偏差值小于15%。验证了激光焊接模型的精度能够满足工艺参数影响规律研究及参数优化的工程需要。     

不等厚板双光束激光焊接研究

利用双光束激光焊接适应性好,焊接过程稳定等优点来改善单束激光焊接在不等厚板拼焊中的适应性,提高焊接质量.采用双光束激光对板厚为1.4mm和0.8mm的不等厚钢板进行拼焊试验.首先对不等厚板双光束激光焊接的熔化特性进行了研究.研究了光束能量比、光束作用位置和有效光束尺寸对焊缝成形的影响.对不等厚板双光束激光焊接的应力应变场进行分析研究,结果表明,不等厚板拼焊后的残余应力应变场分布不对称,薄板一边整体变形大于厚板一边.     

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头.试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切栽荷与单独激光焊接相比得到显著提高.激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围.     

中厚板铝合金激光-MIG复合焊过程应力与变形研究

采用ANSYS对中厚板铝合金的激光-MIG复合焊接过程进行数值模拟，分析激光-MIG复合焊接过程中温度场、残余应力及焊接变形的分布情况。结果发现，由于工件表面与内部的散热速度差异，温度场呈现中间高、周围低、以焊缝为中轴线的椭圆形分布。随着焊接的进行，工件的等效应力在不断增大，焊接过程中工件两侧出现>300 MPa的高应力区；随着工件的冷却，工件两侧刚性固定面的应力集中开始不断消退，且高应力区在工件冷却后消失。工件完全冷却后，高应力区域主要集中分布在焊缝周围，最高值可达175 MPa,工件两侧应力分布较为均匀，在125～130 MPa范围内。焊后工件总变形呈现以焊缝为中轴线的椭圆形分布，焊缝两侧单位变形量最高可达0.19,焊缝部位单位变形量为0.09。     

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。     

搅拌摩擦焊与激光冲击复合工艺的应力场仿真

采用激光冲击(LP)的方法对铝锂合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接区域进行改性强化,对于促进搅拌摩擦焊接工艺在航空航天等领域的应用具有重要意义。以航空铝锂合金为加工对象,对搅拌摩擦焊与激光冲击强化复合工艺下焊板的残余应力场进行了有限元仿真模拟。通过与文献中的试验结果进行对比,验证了所建仿真模型的准确性。模拟了搅拌摩擦焊、激光冲击及两者复合的工艺过程,对比了经不同工艺处理的焊板上的残余应力分布,并研究了应力波的传递规律。仿真结果表明:激光冲击能有效减小搅拌摩擦焊在铝锂合金表面及亚表面引入的残余拉应力;搅拌摩擦焊引入的残余应力越大,激光冲击对残余应力的减小效果越明显;复合工艺处理引起的应力波衰减率略大于仅激光冲击处理引起的应力波衰减率,从而使得复合工艺中的激光冲击引起的残余应力减小量大于仅激光冲击引起的残余应力减小量。     

低功率YAG激光-MAG电弧复合焊接的研究

本文以低功率YAG激光-MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢为基础,对低功率激光复合焊接中的一些特点进行了初步研究。试验结果表明,焊接速度是复合焊接过程中的一个重要参数,焊接熔深主要由激光的能量决定;低功率复合热源和单MAG焊缝组织都是由奥氏体和枝状的δ-铁素体组成,但在同样的焊接熔深下复合焊接组织晶粒比单MAG焊缝中的晶粒细小;发现复合焊接中由于YAG激光的加入,在激光作用点上方粒子的热运动和电离程度比单MAG焊接强烈;复合焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度大于单MAG焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度。     

增减材复合加工零件残余应力和变形研究

为了改善增减材复合加工零件的残余应力和扭曲变形,提高零件的加工精度和表面质量,开发了一种基于Simu-fact Welding有限元软件的仿真方法.利用Simufact Welding软件,模拟了激光增材过程中,激光功率、扫描速度和光斑直径对整个零件残余应力分布的影响.利用X射线应力测定仪,测定了增减材复合加工零件内外...     

激光-电弧复合焊接临界速度规律研究

为了加深对激光-惰性气体熔化极电弧(MIG)复合焊接特性的认识程度,采用厚4 mm的Q235低碳钢系统研究了激光功率、电弧电流和坡口间隙对复合焊接临界速度的影响规律.结果表明,激光功率、电弧电流和复合焊接临界速度成正比关系.激光功率是决定卜临界速度Vmax的主要因素,电弧电流是决定下临界速度Vmin的主要因素.增加坡口间隙能同时提高Vmax和Vmin但其对Vmin的影响更显著.在实验范围内,坡口间隙对Vmax和Vmin的最大提高幅度分别可达20%和35%.此外,激光功率越大,复合焊接可选速度范围ΔV越大.在既定激光功率下,增加电弧电流会减小ΔV.     

基于机器视觉的激光焊接熔池图像处理与特征提取

基于机器视觉,对激光焊接熔池图像处理与特征提取进行了研究.结果表明,分析光纤激光深熔焊接熔池监测结果,包括熔透状态、焊接宽度焊缝偏差跟踪监测及线监测.在不同焊接速度及焊接功率条件下,搭建焊接监测系统可实现光纤激光深熔焊接熔池的实时监测,其精度可达到激光焊接的要求.熔池和热影响区在深熔焊接过程中,焊接速度变化对其焊接过程...