脉冲调制减小CO2激光焊接气孔倾向的研究

针对激光深熔焊过程中易出现的气孔问题 ,本文研究了激光焊接时脉冲频率对焊缝气孔倾向及焊缝成形的影响规律。利用自制的斩波盘式激光脉冲调制机构和 3kW快轴流CO2 激光器进行了 5mm低碳钢板的激光焊接 ,分析了不同脉冲频率条件下焊缝成形和气孔分布。结果表明 ,厚板连续激光焊接时 ,气孔倾向十分严重 ,在未焊透的焊缝中 ,气孔主要分布在焊缝的根部 ,而采用频率在 15 - 2 0Hz范围的脉冲激光焊接 ,能显著减少焊缝中的气孔     

玻璃激光焊接气孔控制研究

为了获得成形良好、气孔少的玻璃焊接焊缝,采用在中间层添加对激光波长不透明玻璃料的方法,对玻璃与玻璃激光焊接中出现的气孔问题进行了研究.以半导体激光作为热源,搭建了用于玻璃与玻璃激光焊接的成套焊接设备,对玻璃与玻璃激光焊接工艺进行了实验研究.通过分析气孔分布特征,统计焊缝气孔率,测量气孔尺寸,对比焊缝正、反面形貌差异,研...     

5052铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔特性分析

CO2激光-金属惰性气体保护焊(MIG)复合焊接作为一种高效快速的焊接方法,其焊接铝合金较易产生气孔。为了分析中厚度铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔特性,采用在10mm厚的5052铝合金上进行堆焊试验的方法进行了理论分析和实验验证,可知热源间距和背部保护气垫块对铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔有较大的影响,热源间距在2mm～3mm时气孔率最小。结果表明,采用背部保护气垫块可以有效抑制气孔。     

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。     

真空平板玻璃激光封接气孔控制研究

为了探究激光焊接真空平板玻璃封接层气孔的产生机理，利用扫描电镜、自带能谱仪、X射线衍射仪和金相显微镜等手段，进行了真空平板玻璃激光侧边封接试验，研究了激光功率和焊接速率对封接层气孔的影响，分析气孔产生的原因。结果表明, 真空平板玻璃封接层出现了数量较多、大小不一、相互不连通的孤立气孔，位于颗粒的交界处，主要是由焊料颗粒间的残余空气引起的; 在焊接速率为2mm/s和离焦量为-2mm的条件下，过低或过高的激光功率都不利于减少封接层的气孔缺陷，激光功率为80W(能量密度为80J/mm2)时，封接层组织形貌好，封接层封接质量佳; 在激光功率为80W和离焦量为-2mm的条件下，较低的焊接速率将有利于减少封接层的气孔缺陷，焊接速率为1mm/s(能量密度为160J/mm2)时，封接层组织形貌好，封接层封接质量佳。此研究可为真空平板玻璃的激光封接制造提供理论依据。     

保护气流对CO2激光焊接铝合金的影响

利用3 kW高功率CO2激光器,通过改变保护气体流量和流动方向,对2 mm厚的A5083铝合金薄板进行了焊接实验研究.研究发现,小孔的稳定存在取决于保护气体对等离子体云的抑制效果,而侧吹保护气体对等离子体云的抑制效果主要取决于所形成的气流方向,从而影响焊接熔化特性.利用有限元法对激光焊接时保护气体在小孔内部和表面气流状况进行了数值模拟,通过对不同焊接条件下模拟形成的小孔气动扰流的气流场和压力分布云图的分析,解释了采用逆向侧吹保护气体吹除等离子体的方法,可以更有效地抑制等离子体云的产生,防止小孔塌陷,有利于维持小孔的稳定性.     

30CrMnSiA调质钢的激光焊接性研究

探讨了调质状态下 30CrMnSiA钢的激光焊接性、焊缝成形及焊接变形;研究了调质状态下激光焊接30CrMnSiA钢时焊缝的金相组织及热影响区性能变化;提出了焊深≥ 1 .5mm的调质状态下 30CrMnSiA钢激光焊接规范参数。结果表明,采用激光焊接调质状态下的 30CrMnSiA钢,易获得质量优良的焊缝,不会出现常见的焊接裂纹和明显的热影响区性能变化;工件加工误差对焊缝成形的影响可通过一定的措施加以改善,表面黑化处理对焊缝成形的影响机理有待进一步研究。     

铝合金连续-脉冲激光焊接工艺对比实验研究

为了研究5052铝合金激光焊接工艺,采用脉冲激光和连续激光分别对1.5mm厚的5052铝合金板进行了焊接,并对工艺参量进行了优化。通过对两种不同类型激光焊接试样的焊缝形貌的对比、微观组织的分析、抗拉强度和显微硬度测试,可知脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想,使得脉冲激光焊接所获得的焊接质量更加优异,与连续激光焊接相比,其接头的抗拉强度增加了10%。结果表明,脉冲激光焊接和连续激光焊接均可以使焊接试样得到较为理想的焊缝形貌和较高的抗拉强度。     

4047铝合金成分对激光焊接气孔的影响

4047铝合金被广泛应用于航空航天领域的微波组件中。探究了不同组织成分的4047铝合金在激光焊接中形成气孔的机理。研究结果表明,合金中的Si含量偏低会降低材料的热吸收率,导致热熔区流动性降低,易形成气孔。通过增大焊接激光功率提高合金热输入量,可以减少气孔产生,提高产品的气密合格率。合金组织取向性引起的焊接应力增大也易导致焊接气孔的产生,通过在焊前进行消除应力退火处理可以改善焊接质量。     

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。     

镁/铝异种金属激光焊气孔形成原因研究

为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。     

粉末冶金材料激光焊接的气孔现象研究

焊接气孔是粉末冶金材料激光焊接的主要缺陷.简要分析了粉末冶金材料激光焊接中气孔的产生机理,着重研究了焊接速度与活性气体对气孔形成的影响关系.结果表明,在一定的激光功率下,提高焊接速度可减少金属蒸气的形成,从而降低气孔数;通过混合N2,O2作活性气体可改善熔化金属流动,防止气孔产生.     

激光深熔焊接小孔效应的理论和试验研究

本文采用理论和试验相结合的方法系统研究了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔效应。首先采用高速摄影的方法清晰、完整地观测到了激光深熔焊接GG17玻璃时小孔的形状,并通过实验研究了聚焦光斑尺寸、离焦量、焊接速度等焊接工艺参数对小孔尺寸和形状的影响。然后,论文根据实验得到的小孔形状,通过曲线拟合的方法得到小孔前后沿孔壁的曲线方程,再按照几何光学原理,分析了激光在小孔孔壁上的多次反射吸收情况,并由此计算出了小孔孔壁通过多次反射吸收的激光功率密度分布情况。最后,建立了一个分层圆柱体面热源传热模型,在综合考虑热传导和熔池对流换热的基础上,计算了小孔周围的温度场和流场,求出了小孔孔壁上的热流密度分布,并与小孔孔壁吸收的激光功率密度进行了比较。     

激光深熔焊接小孔孔内等离子体的实验研究

激光深熔焊接时伴随着高电量等离子体的产生。位于小孔上方的等离子体叫做等离子体云 ,而存在于小孔内部的等离子体则称为孔内等离子。本文设计了能直接观测小孔孔内等离子体光发射的实验 ,即用高功率激光焊接夹持铝膜的两片GG17玻璃 ,完全避免了孔外等离子体云对小孔内部孔内等离子体观测的影响。结果表明 ,小孔孔内的孔内等离子体对激光与工件材料的能量耦合有着重要的影响 ,具体表现为焊接深度和焊接宽度的变化 ;当减少两片GG17玻璃所夹持铝膜的厚度 ,即模拟降低小孔孔内等离子体的浓度时 ,可以得到更深的焊接深度 ,此时小孔孔内等离子体的温度相对较低。这就为定量研究小孔孔内等离子体提供了一种新的方法和手段。     

小孔激光焊接熔池形状的实验和模拟分析

对低碳钢进行激光焊接后,发现焊缝熔深存在着30Hz～40Hz的低频振荡.同时在仅考虑小孔壁对激光的吸收和工件的热传导的条件下,利用这种简化后的能量平衡模型所得的熔池温度分布解析解对熔池形状进行模拟,模拟的熔池形状与实验结果基本吻合.     

小孔激光焊接熔池形状的实验和模拟分析

对低碳钢进行激光焊接后，发现焊缝熔深存在着３０Ｈｚ～４０Ｈｚ的低频振荡。同时在仅考虑小孔壁对激光的吸收和工件的热传导的条件下，利用这种简化后的能量平衡模型所得的熔池温度分布解析解对熔池形状进行模拟，模拟的熔池形状与实验结果基本吻合。     

基于神经网络的粉末冶金材料激光焊接工艺优化

针对薄壁金刚石钻头的激光焊接应用,采用德国LSM240全自动激光焊接系统进行单面焊接试验,建立了粉末冶金材料激光焊接工艺优化的误差反向传播人工神经网络模型,应用该模型研究了激光焊接工艺参数对气孔率和焊缝强度等焊接质量因素的影响,并对薄壁金刚石钻头激光焊接进行了工艺参数优化处理,获得了无气孔缺陷的优质焊接接头。结果表明,气孔率同激光功率、焊接速度之间具有幂函数关系;焊缝强度同激光功率、焊接速度之间具有高斯函数关系。     

激光深熔焊接过程中小孔行为的研究进展

从试验研究和数值模拟研究两个方面介绍了激光深熔焊接过程中小孔行为的国内外研究现状。x射线透射成像和高速摄影相结合的方法迄今为止仍然是研究激光深熔焊接过程中小孔行为最有效的方法。多激光束焊接、复合激光焊以及辅助气流等方法被用于改善激光焊接过程中小孔的稳定性。目前具有代表性的动态小孔模型有三类,分别是认为激光焊小孔形成机理与激光打孔相同的动态小孔模型,基于流体体积法（VOF）的动态小孔模型和基于等值面法（Level Set的动态小孔模型。对三类模型进行了比较分析,并指出基于高精度运动界面追踪方法来追踪汽／液界面的动态小孔模型将是今后发展的趋势。     

Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接的影响

为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法,采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验,得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀,热影响区不明显;镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg₁₇Al₁₂共晶组织为主,底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织;随着Zn中间层厚度的增加,焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多,Mg/Al间化合物数量明显减少,且连续分布的状态得到改善,剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡;当中间层厚度为0.1mm时,拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。