活性剂对激光焊熔池动态行为的作用机理研究

为阐明活性剂对铝合金激光焊熔池作用机理,建立了三维瞬态移动热源作用下的激光焊接熔池数学模型,研究表面张力梯度及激光吸收率对温度场以及流场的影响规律,揭示活性剂作用下激光焊熔深的增强机制。结果表明,在无活性剂时模拟得到的焊缝形貌与实际试验结果吻合。在低功率铝合金活性激光焊接中,活性剂的加入虽然可以改变表面张力梯度,但表面张力梯度的改变对熔深增加效果不明显。分析认为,活性剂的加入使铝合金对激光吸收率的提高才是熔深增加的主要原因。     

5A02铝合金CO_2激光焊接工艺与焊缝成形

对5A02铝合金的CO2激光焊接工艺进行试验研究,确定合理的激光焊接工艺参数(焊前准备处理、气体保护、离焦量、焊接热输入等)。针对铝合金对CO2激光吸收率极低,进行了表面预置硅粉焊接,提高了吸收率。2mm厚5A02铝合金板材CO2激光深熔焊的临界功率为1.25kW,熔合区横截面形状为酒杯状。通过试验确定了烛缝成形最理想的激光焊接工艺参数。     

CO_2激光与TIG复合焊接铝合金

以铝合金2A12为主要研究对象,研究CO2激光与TIG复合热源焊接铝合金的工艺特点,设计制造了双焦点激光-电弧复合焊接头,讨论了影响复合焊接的各工艺参数。结果表明:影响复合焊接过程的主要工艺参数有激光功率、焊接速度、焊接电流、激光焦点位置以及两热源之间的距离等,并且在比较宽的参数范围内CO2激光与TIG复合焊接铝合金焊缝成形美观、无气孔等缺陷,焊速显著提高,是一种理想的焊接工艺。     

6005A铝合金激光-MIG复合焊接对板厚的工艺适应性

针对6005A铝合金激光-MIG复合焊接工艺适应性,研究了不同板厚条件下,焊接工艺对气孔缺陷、接头组织和力学性能的影响。实验表明,激光-MIG复合焊接对板厚具有良好的工艺适应性,适合焊接4~16 mm厚的6005A铝合金;6005A铝合金激光-MIG焊接工艺在采用单道焊一次成形的情况下有利于气孔的溢出,工艺适应性更优;针对不同板厚,应严格控制激光-MIG复合焊接对母材的热作用,减小焊接接头热影响区的宽度,从而提高其工艺适应性。     

镁合金的低功率激光活性焊

试验研究几种常见活性剂对镁合金激光焊接过程的影响.结果表明,在低功率激光条件下,氧化物和氯化物活性剂能够增加镁合金激光焊接的熔深和深宽比.试验中,SiO2能够增加焊接熔深220%左右,证明通过使用活性剂来增加熔深,降低镁合金薄板激光焊接的成本是可行的;焊接热输入是影响活性激光焊熔深的重要参数;熔深增加的主要原因是活性剂微细粉末在激光作用初期增加对激光能量的吸收率.     

双光束激光填丝焊工艺对铝合金焊接气孔率的影响

以LF6铝合金为材料,CO2激光为热源,开展了双光束激光填丝焊气孔特性分析.与单光束激光填丝焊及双光束自熔焊相比,双光束激光填丝焊能够抑制气孔的产生,尤其是并行双光束激光焊抑制气孔效果更明显.在此基础上进一步分析了保护气体成分和激光能量对焊接气孔率的影响.结果表明,采用氦气保护时,等离子体对激光的屏蔽作用小,能够稳定焊接过程;激光功率过大或者过小都会导致匙孔的不稳定,造成焊缝气孔率增加.     

铝合金激光焊接技术的研究进展

由于铝合金导热性强、电离能低、对激光的反射率高等特点,激光焊接中存在着气孔、焊接热裂纹、接头软化、焊缝成形差等问题,在研究过程中开发出了活性剂激光焊、双光束激光焊、激光填丝焊、激光填粉焊、激光+电弧复合焊、激光+电弧双面焊、电磁强化激光焊等工艺.在阐述铝合金激光加工中存在的问题及其原因的基础上,重点介绍了这些工艺的特点和原理,指出了各工艺的优势及不足,对铝合金激光焊接技术的研究进展进行了概述.     

活性剂对3003铝合金直流A-TIG焊的影响

对3003铝合金进行直流A-T1G焊接试验,选用卤化物NaC1、CaF2和氧化物SiO2、MnO2、TiO2作为活性剂,分别研究了单一组元和多组元表面活性剂对焊接熔深、焊缝成形以及接头组织的影响.结果表明:在进行铝合金直流TIG焊时,在焊缝表面涂敷一定成分活性剂能够增加焊缝熔深,改善焊缝质量,提高焊接生产率.总体来看,除NaC1增加熔深有限外,其余活性剂普遍增加熔深1倍以上.多组元配方活性剂增加熔深效果好于单组元活性剂,其中PS5活性剂熔深增加3倍以上,且焊缝成形良好,未见裂纹、气孔、夹渣等缺陷.分别对TIG焊和A-TIG焊接头组织进行观察,A-TIG焊较TIG焊的焊缝组织明显细小,而活性剂对焊接热影响区的平均晶粒度影响不大.     

CO2激光与TIG复合焊接铝合金

以铝合金2A12为主要研究对象，研究CO2激光与TIG复合热源焊接铝合金的工艺特点，设计制造了双焦点激光一电弧复合焊接头，讨论了影响复合焊接的各工艺参数。结果表明：影响复合焊接过程的主要工艺参数有激光功率、焊接速度、焊接电流、激光焦点位置以及两热源之间的距离等，并且在比较宽的参数范围内CO2激光与TIO复合焊接铝合金焊缝成形美观、无气孔等缺陷，焊速显著提高，是一种理想的焊接工艺。     

单一活性剂对AZ31B镁合金薄板A-TIG焊的影响

针对镁合金AZ31B,选取氧化物Al_2O_3、氯化物CdCl_2、氟化物AlF_3为活性剂进行活性焊接试验。通过涂覆不同活性剂后,分别采用5 mm板材表面堆焊和2 mm板对接焊试验分析其对焊缝熔深、表面形貌和焊接接头微观组织及力学性能的影响。试验结果表明,堆焊试验中所选活性剂对焊缝表面成型影响各不相同,但均能增加焊缝熔深,其中CdCl_2效果最好;对接焊试验中,活性焊接头强度与普通TIG焊相当,所有拉伸试件均在热影响区断裂;焊接接头仍然为混合断裂方式。     

Effect of weld microstructure on weld properties in A-TIG welding of titanium alloy

1　INTRODUCTIONTheactivatingTIGwelding (A TIG)wasfirstlydevelopedbyPatonWeldingInstitute ,Ukraine ,inthe 196 0s[1,2 ] .Itisnotuntiltheendof 1990sthatA TIGweldinghasbeenwidelyresearchedinEuropeandUS ,forexample ,TWIandEWI[3] .Thefluxes ,whichweredevelopedbyEWI ,havebeenappliedintheUSNavyshipbuildingindustry[4 ] .Theprincipleofthistechniqueisthatathincoatingofactivatingfluxiscoatedonthesurfaceofthebasemetalbeforeweld ing .ComparedwiththeconventionalTIGwelding ,the penetrationca…     

TiO2活性剂对不锈钢激光焊接等离子体声发射效应的影响

针对不锈钢采用添加TiO₂活性剂进行活性脉冲激光焊接研究,通过实时检测焊接过程的结构负载声发射信号,研究了激光焊接过程等离子体信息的表征方法及其活性焊接机理.结果表明,添加TiO₂活性剂增强了材料对激光能量的吸收,增强了等离子体的能量及其对材料的传热,从而影响焊接过程传热效应,这是添加TiO₂活性剂的脉冲激光焊接熔深增加的主要机理.利用实时检测焊接过程中的等离子体声发射信号可以对活性脉冲激光焊接过程的等离子体变化行为进行检测和评估.由焊接过程中采集得到的等离子体声发射信号统计而来的振铃计数特征值,以及计算而来的RMS波形和相应信号的功率谱分布,均反映了活性剂的添加增强了激光焊接过程等离子在时频域上的活动.     

Welding of titanium alloys with activating flux

Abstract

In the present paper, the effects of an activating flux on Ti–6Al–4V alloy welding were investigated. Tungsten inert gas welding was used to weld 8.0 mm thickness Ti–6Al–4V alloy plates. Results show that applying the activating flux on the Ti–6Al–4V alloy surface leads to an increase in weld penetration depth, whereas the corresponding weld bead width is reduced. It was also found that various welding conditions, particularly flux thickness, influence the effectiveness of the activating flux. Furthermore, a data acquisition system was used to monitor the current and voltage signals during welding. Results from monitoring of the welding current and voltage signals reveal that there is a clear correlation between the signals and the weld penetration when the welding arc is steady. Analysis of the acquired signals can be used to identify inconsistencies in weld penetration. In summary, to take advantage of the use of activating flux in Ti alloy welding, it is important that a uniform flux layer is present at the alloy plate surface and suitable welding parameters are selected.     

不锈钢光纤连续活性激光焊的研究

光纤激光器与活性焊接技术相结合可大幅增加焊缝熔深,提高焊接效率。以TiO2、SiO2、Cr2O3、CaF2和NaF五种活性剂为基础,通过均匀配方设计,获得了15组不同成分的复合活性剂配方,针对SUS304不锈钢板进行光纤连续活性激光焊,研究了氟化物和氧化物对熔深和熔宽的影响,从而获得了最佳配方。试验结果表明:在复合活性剂作用下,焊缝的熔深均有明显的增加,当含氟化物较多时,熔深最大达到1.0 mm,深宽比最大可达1.5,与未涂敷活性剂相比,提高了73%。焊缝的显微组织为粗大的柱状晶,中心存在少量等轴晶,焊缝底部存在明显偏析。     

TIG焊活性剂对焊缝成形的影响

活性化焊接（A－TIG焊）在90年代末期受到国外的高度重视，同传统的TIG焊（钨极惰性气体保护电弧焊）相比，在相同的规范下活性化焊接能够大幅度地提高生产率、降低生产成本。中针对不锈钢和钛合金材料，研究了在A－TIG焊中单一成分的活性剂和涂敷量对焊缝成形的影响。试验结果表明，与无活性剂的焊缝相比，活性剂CaF2,SiO2,NaF,Cr2O3和TiO3都能够有效地增加不锈钢和钛合金焊缝的 熔深，随着涂敷量的增加，焊缝熔深也相应的增加，熔宽减小。但涂敷有CaF2活性剂的不锈钢焊缝成形不好，涂敷有Cr2O3的钛合金焊缝正面熔宽没有明显的变化。在不锈钢焊接中，活性剂SiO2的作用效果最好；而钛合金的焊接中CaF2的作用效果最好。电弧收缩和熔池表面张力的变化是活性剂增加熔深的主要原因。     

铝合金分区活性TIG焊接法研究

针对铝合金材料,提出了一种新型活性焊接方法--FZ-TIG焊(Flux Zoned TIG Welding).在传统TIG焊接前,在待焊焊道表面中心区域涂敷低熔沸点低电阻率活性剂,在两侧区域分别涂敷高熔沸点高电阻率活性剂,然后进行正常焊接,可以同时保证焊接熔深显著增加和焊缝表面成形良好.以自行研制的FZ108活性剂进行了FZ-TIG焊,并与传统TIG焊、采用FZ108作为活性剂的A-TIG焊、采用SiO2作为活性剂的FB-TIG焊进行了对比.发现在相同参数下,采用FZ-TIG焊进行焊接,焊缝熔深明显大于传统TIG焊、A-TIG焊和FB-TIG焊,达到TIG焊熔深的3倍以上,并且焊缝成形良好,焊缝组织细化,力学性能改善.     

活性剂对镁合金TIG焊接熔深的影响

根据最大熔深时TiO2,Cr2O3,CdCl2和ZnCl2活性剂中元素在焊缝中的分布分析了熔池的流动情况,在此基础上对上述4种活性剂对镁合金交流TIG焊接熔深的影响进行了研究．结果表明,这4种活性剂均可增加焊缝熔深,活性剂的涂敷量均有一个饱和值．加大涂敷活性剂后不同程度的改变了熔池中Mg,A1元素的分布．涂敷CdCl2,ZnCl2后在焊缝中没有观察到活性剂元素,而涂敷TiO2,Cr2O3后在焊缝中观察到了Ti,Cr,O元素,氯化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与电弧的相互作用,氧化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与熔池金属的相互作用．     

单一及复合氧化物活性剂对镁合金A-TIG焊的影响

以AZ31B变形镁合金为材料,采用五种单一氧化物MgO,Cr2O3,CaO,TiO2,MnO2进行混合配制得到复合配方.比较了无活性剂、涂敷单一TiO2活性剂和复合活性剂的焊缝熔深、接头金相组织、相组成及力学性能.结果表明,熔深达到最大的复合活性剂比常规TIG焊增加2.5倍左右,也比单一活性剂的熔深增加效果明显,同时其焊缝中晶粒比单一TiO2活性剂的晶粒细小,焊缝的抗拉强度比单一TiO2活性剂的高.经XRD分析复合配方中活性元素的加入改善了焊缝的相组成,避免了接头低熔点镁铝化合物脆性相的形成.     

活性剂对激光-电弧复合焊接的影响

提出了激光-电弧复合活性焊接法,以提高小功率激光-电弧复合焊接的熔深.在待焊不锈钢表面涂覆一层活性剂,然后进行激光-电弧复合焊接.研究了工艺参数对焊缝成形性的影响,并对焊接接头的组织性能进行了分析.结果表明,涂覆活性剂后可以使复合焊接的熔深增加,并且可以细化复合焊焊缝组织.复合焊接头与复合活性焊接头的显微硬度变化规律一致.复合活性焊接头的抗拉强度较高,达到母材抗拉强度的92%.复合活性焊接头的腐蚀速率低于复合焊接头的腐蚀速率,具有良好的耐蚀性能.