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。     

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。     

基于响应面法的6013铝合金单模光纤激光焊接工艺及性能研究

选用2?mm 6013铝合金板材进行单模光纤激光焊接工艺试验,构建以激光功率、焊接速度、离焦量为输入变量,正背熔宽、背宽比和熔合区截面积为输出变量的3D响应面模型,模型具备显著性,且拟合良好.分析工艺参数变化对焊接接头几何特征的影响规律,并对典型焊缝进行了显微组织及力学性能分析.结果表明,激光功率与背面熔宽、背宽比及熔合区截面积变化呈正相关;焊接速度与输出变量均呈负相关;离焦量与正面熔宽及熔合区截面积变化呈正相关,与背宽比变化呈负相关.在背宽比回归模型中,激光功率与离焦量存在明显的交互作用.单模光纤激光可在低功率、高焊速的工艺匹配下实现2?mm 6013铝合金全熔透,且焊接接头截面熔宽更窄,微观晶粒尺寸小,其抗拉强度和断面延伸率分别为315.5?MPa和12.3％,可达到母材的90％和42％.     

万瓦级激光-电弧复合穿透焊接成形缺陷研究

为了研究万瓦级光纤激光-电弧复合穿透焊接时的焊缝成形规律与缺陷产生的过程,以20 mm厚Q235低碳钢为研究对象,采用平焊方法,对不同激光功率、焊接速度、焊接电流条件下的焊缝正背面成形特征进行研究,并利用高速摄像对焊接过程中背面熔池的流动变化、焊瘤及飞溅的产生过程进行了观察分析。结果表明,采用万瓦级激光-电弧复合焊进行穿透焊接时,单一通过改变激光功率、焊接速度或焊接电流难以获得良好的焊缝成形,焊缝易出现正面凹陷、背面焊瘤以及飞溅等缺陷。背面焊瘤及大量飞溅的产生是导致焊缝正面凹陷的重要原因,而不稳定的激光穿透导致熔融金属液体受到的金属蒸气反冲力波动较大,是导致背面形成焊瘤及飞溅的重要原因之一。     

2A14铝合金激光-MIG复合填丝焊特性分析

针对2A14铝合金同时进行了激光-MIG复合焊和激光-MIG复合填丝焊试验,对比分析了激光功率、离焦量、焊接速度、焊接电流、光丝间距、填丝速度等工艺参数对两种焊接方法焊缝成形的影响规律.结果表明,铝合金激光-MIG复合填丝焊方法切实可行,工艺适应性良好,与铝合金激光-MIG复合焊相比,均能在较宽的工艺参数范围内实现良好的焊缝成形;相同试验参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形特征与激光-MIG复合焊基本相同,但其熔敷速度明显大于激光-MIG复合焊,焊缝余高明显增加.     

双束激光焊

近年来,双束激光焊技术已成为一项新的焊接技术。实验结果证明,在焊接过程中,将1束6kW的CO2激光束分为2束3kW的复式激光束进行焊接,可降低冷却率,延长到达临界速度的时间,显著改善焊接质量。通过双束激光焊焊接可改进钢材焊接表面的质量,减少表面缺陷(如:咬边、表面粗糙、飞溅和未焊透)、降低焊缝硬度和中线裂纹敏感性。对于铝的焊接,通过双束激光焊可平整焊缝表面、减少焊缝缺隙(如:孔隙、表面气孔和咬边)。焊接蒸汽流的变化表明焊接过程的不稳定,易生成质量差的焊缝。通过高速照像机所拍摄的双束激光焊焊接蒸汽流的照片可以看出,和传统…     

AA6013铝合金光纤激光焊凝固裂纹影响因子研究

凝固裂纹是汽车用铝合金AA6013在激光焊过程中极易形成的一种焊接缺陷。为了提高焊接质量,文中对AA6013铝合金高功率光纤激光焊时的凝固裂纹影响因子开展了系统研究。通过分析激光功率、焊接速度、焊缝位置等不同影响因子下的凝固裂纹敏感性,利用响应面优化法的Box-Behnken Design (BBD)建立了裂纹率与影响因子关系的相应模型,获得了关键参量,从而能够有效控制凝固裂纹的萌生。最后,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对凝固裂纹的形貌特征进行了观察,发现Al与Mg2Si, Al2Cu形成的低熔点共晶体是6013铝合金焊接凝固裂纹产生的冶金因素。本研究结果可为抑制铝合金光纤激光焊过程中的凝固裂纹提供试验依据。     

X80管线钢激光-电弧复合焊接工艺

激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种焊接工艺,影响焊接过程稳定性和焊接接头质量的因素较多。针对X80管线钢,系统开展了光纤激光-MIG电弧复合焊工艺研究。在对比光纤激光焊、MIG焊和激光-MIG复合焊的基础上,分别考察焊接电流、激光功率、焊接速度、光丝间距、离焦量等参数对焊缝成形的影响,并优化了激光-MIG复合焊的焊接工艺参数。     

基于高通量测试方法的高功率激光焊接工艺特性分析

为了更加高效、精准的获得工艺参数对高功率激光焊接工艺特性的影响规律,提出了激光焊接特性分析用高通量测试方法,并借助高速摄影和图像处理技术对测试过程中的光致羽辉和飞溅进行了统计分析.结果 表明,随着激光功率增加,焊接过程中飞溅数量与波动程度增加,对应焊后表面成形质量变差,内部裂纹增加;对于万瓦级激光焊接,相较于正离焦焊接...     

2024铝合金光纤激光焊接头力学性能研究

分别采用光纤激光焊和光纤激光填丝焊对2024铝合金进行焊接工艺研究,并对两种工艺下获得的接头力学性能进行测试分析.研究结果表明:采用合理焊接工艺参数,可以改善2024铝合金的焊缝成形,焊接接头抗拉强度能达到母材的85％左右;激光填丝焊能够改善焊缝表面凹陷、咬边等缺陷;断裂发生在焊缝熔合线附近,微观断口呈现拉长的浅韧窝,同时可见二次裂纹、撕裂棱,是典型的韧窝一解理混合断口.     

焊接极性对水下高压干法GMAW影响分析

通过环境压力为0.1~2.0 MPa的水下高压干法熔化极气体保护焊(GMAW)试验,比较了直流反接与直流正接焊接过程特点.结果表明,直流反接时,当压力超过0.2 MPa后开始出现少量飞溅,随着环境压力增加,飞溅数量逐渐增多而尺寸逐渐减小.直流正接时,当环境压力大于0.4 MPa后,焊接过程稳定,几乎无飞溅产生.通过高速摄像分析总结了直流反接产生两种飞溅形式及其特征.熔滴偏离型飞溅是伴随着排斥过渡产生的;熔滴反弹型飞溅是由于熔滴接触母材后受向上方向电磁力作用,脱离母材而产生的,并分析了直流正接时飞溅较小的原因.     

金属蒸汽和飞溅图像特征分类的大功率盘形激光焊稳定性分析

采用对金属蒸汽图像特征进行分类的方法来评估焊接过程的稳定性。使用高速摄像机实时获取大功率盘形激光焊接过程中金属蒸汽和飞溅图像,定义并提取飞溅面积和个数、飞溅灰度图像平均灰度和熵、金属蒸汽质心与焊接点的坐标比以及金属蒸汽质心的极坐标（矢径和极角）等7个金属蒸汽和飞溅特征。为实现降维,使用Karhunen-Loeve变换法将7维特征向量转换为3维特征向量,同时使用K近邻法将图像分成焊接质量较好与较差两类。实验结果表明,金属蒸汽及飞溅与焊接稳定性有密切的联系,使用K近邻法对Karhunen-Loeve变换后的图像进行分类可以获得较好的效果,实现焊接状况的评估。     

铝合金双光束激光焊接过程稳定性分析

从成形、气孔、熔深的波动、激光匙孔、光致等离子体、飞溅等方面研究了铝合金高功率单光束激光和双光束激光焊接过程的稳定性。结果表明,在相同工艺参数下,双光束激光焊缝表面成形明显优于单光束,熔深的波动较单光束小;在相同工艺参数及相同熔深条件下,双光束焊缝气孔率较单光束小,小孔及等离子体的波动周期较单光束长,面积波动变异系数较单光束小,飞溅较单光束更加细小均匀。     

Development of low spatter CO2 arc welding process with high frequency pulse current

Abstract

Metal transfer phenomena and spatter generation in CO₂ arc welding with a solid wire were investigated, and a low spatter welding process using a high frequency pulse rectangular current was developed. The optimal conditions of high frequency pulse CO₂ arc welding were determined to be a peak current of 450–550 A and pulse frequency of 450–750 Hz. These high frequency pulse currents influenced the droplet oscillation due to resonance between the applied pulse frequency and the natural frequency of the droplet. A droplet was regularly transferred by 9–11 pulses, and the average interval of metal transfer was ～16 ms, which was half of that in conventional CO₂ arc welding. The average droplet weight is 34 mg, showing a large reduction in comparison with that of the conventional method. As a result, the total spatter weight was reduced by 70% in comparison with the conventional method, and particularly large spatters more than 0·5 mm in diameter were reduced from 25 to 3 mg s^?1.     

Obtaining residual stress along weld beads by means of analytical and experimental methods

In CO₂ arc welding of solid wire, metal transfer phenomena and spatter generation are investigated with rectangular pulse current, and a low spatter CO₂ arc welding process with high frequency pulse current is developed. The optimal conditions of high frequency pulse CO₂ arc welding are in the range of peak current: 450–550 A and pulse frequency: 450–750 Hz. These high frequency pulse currents have the effect of droplet oscillation due to resonance between applied pulse frequency and the natural frequency of the droplet. The droplet is transferred consistently every 9–11 pulses and the average interval of metal transfer is about 16 ms which is reduced to half that of conventional CO₂ arc welding. This average droplet weight is 34 mg, showing a large reduction in comparison with that of the conventional method. As a result, total spatter weight is reduced by 70% in comparison with the conventional method, and especially, large spatters more than 0.5 mm in diameter are reduced from 1.5 to 0.2 g/min.     

CO_2激光焊接600MPa DP钢接头组织与性能

采用CO2激光对抗拉强度为600MPa,厚度1.4mm的DP钢进行焊接.研究焊接速度对焊缝外观和截面成形的影响、接头的组织特点、硬度、强度和成形能力.结果表明,激光功率相同,焊接速度较低时焊缝易产生气孔,焊接速度较高时易发生飞溅;焊接速度对焊缝熔深及熔宽也有影响.焊缝区组织主要由马氏体构成,从焊缝、焊接热影响区到母材,组织中马氏体含量下降,接头的最高硬度出现在焊缝或热影响区.在平行于焊缝方向,焊接接头的抗拉强度高于母材,垂直于焊缝方向,接头的抗拉强度与母材相当.由于焊缝出现马氏体组织,接头的塑性和韧性降低,板材的冲压成形能力下降.     

10kW光纤激光焊接缺陷的形成

研究了未熔透光纤激光焊接过程中工艺参数对小孔型气孔、热裂纹和飞溅的影响,并讨论焊接缺陷形成机理. 结果表明,随着光纤激光焊接速度的增加,焊缝气孔和热裂纹倾向降低. 当焦点位置在工件表面时,气孔倾向最大;而当焦点位置由入焦向离焦偏移时,热裂纹敏感性增加. 光纤激光焊接气孔是由小孔不稳定引起的,而小孔不稳定性同时引起了熔池后部凝固前沿形状的变化,提高了焊缝热裂纹的敏感性. 较慢速光纤激光焊接飞溅的形成主要在于小孔开口处前沿熔池的凸起,其程度可能与小孔的稳定性有关.     

盘型激光焊接状态多传感信息融合分析

针对大功率盘型激光焊接状态,研究一种基于支持向量机的多传感信息融合分析方法. 使用紫外、可视和红外波段的两个高速摄像机同时获取激光焊接过程中金属蒸气、飞溅和熔池动态图像. 通过模式识别技术提取焊接过程多传感信息特征及进行数据主成分特征分析,并以焊缝宽度变化作为衡量焊接状态稳定性的参数. 运用支持向量机融合各特征,通过网格搜索和粒子群算法优化支持向量机参数,建立基于支持向量机的多传感信息融合模型. 结果表明,支持向量机多传感信息融合方法能够有效预测焊缝宽度变化趋势,为大功率盘型激光焊接状态的实时监控提供试验依据.     

Mechanism of laser beam welding for SiCp／6063Al composite

The laser beam welding technique was used to process SiC particles/6063A1 alloy matrix composite, the influence of laser power and welding speed on the properties of joint was studied. Decreasing the laser beam power with same welding speed can make the quantity and size of A14C3 decreased, and the interactive mechanism of the reinforcing particles and the matrix in the joint and the causes for joint strength reduction were analyzed.Increasing welding speed properly can improve the distribution of energy and restrain the interfacial reaction in the molten pool, and measures for improving were proposed.     

6082铝合金激光-MIG复合焊接工艺及接头组织性能

激光焊接为动力电池铝合金薄板焊接提供了有效技术手段,然而传统激光焊接工艺在高焊接速度要求下易产生飞溅、气孔等缺陷,影响构件的服役性能. 文中开展可调环形光斑激光搭接焊工艺调控研究,阐明了中心-环形激光功率对焊缝成形的影响规律,在此基础上,确定了无飞溅、少气孔、大搭接面熔宽的高速稳定焊接工艺窗口. 在上述工艺窗口范围内,以小熔深波动与大搭接面熔宽作为目标,基于Kriging模型与NSGA-Ⅱ遗传算法开展多目标工艺参数优化. 经验证,在焊接速度70 mm/s以上,焊缝成形质量进一步得到提升,搭接面熔宽提高8.89%、熔深波动小于10%、无明显成形缺陷.