耐热钢材料的激光焊接试验研究

使用CO2 激光器对 3 5CrMo耐热钢材料进行激光深熔穿透焊接研究 ,通过焊接、焊缝机械强度等试验获得了激光焊接的最佳工艺参数。分析并讨论了工艺参数及其它因素对激光焊接质量、性能的影响 ,针对实际问题提出了解决方案     

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     

用激光二极管进行深焊

德国夫琅和费激光技术研究所已对2 mm不锈钢板成功地进行深穿透焊接,据信为世界首次。 迄今激光二极管焊接仅限于普通的熔融焊接,使之仅能对浅表作罐形缝焊,其深宽比一般为0.5。反之,如以CO2和Nd∶YAG激光获得的深穿透焊接则对深焊有用,与仅以熔融方式进行的焊接相比,其机械坚固性增加,热作用区减小。 用激光二极管难以进行深穿透焊接,因其光束质量不佳。用于深穿透焊接的光束,必须能聚焦得很细,提供足够的功率密度,以产生等离子体。等离子体态一旦形成,材料对激光的吸收便急速增加,从而形成等离子体通道,烧入材料的深处。小光斑产生此种作用的临界功率密度为105 W/cm2,现时的标准激光二极管还达不到这个水平。 许多应用都考虑选用激光二极管,因为它的激光功率高、小巧、轻便、可靠性好,因此研究用它进行深穿透焊接很有价值。 该所研究人员改进了光束质量,更重要的是改进加工控制,产生的功率密度低于105 W/cm2。使用一支1 kW,808 nm的激光二极管,将2 mm不锈钢板焊到一起,板的截面焊缝均匀,焊速为0.5 m/min。 据报道,用2.5 kW宽带900 nm的激光二极管进行的最近的样品焊接深度已达6 mm。该所研究组预计激光二极管深焊将迅速发展,在光束形状和控制过程,包括供气的控制上应有所改进。 (罗山供稿)     

激光焊接A3厚钢板的试验研究

采用5kW高功率横流CO2激光器加工系统对A3低碳厚钢板进行焊接试验,研究了工艺参数对激光深熔焊的焊缝的影响,并进一步进行了优化试验,对试样进行了拉伸试验、金相分析和显微硬度分析。     

K418与42CrMo异种金属的激光穿透焊接

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量对激光穿透焊接K418和42CrMo焊缝成形的影响。结果表明,K418与42CrMo激光穿透焊接有X形和T形两种典型的焊缝形貌,且焊缝形貌是不对称的。随着焊接速度的提高,焊接线能量降低,焊缝尺寸变小,且焊缝上部尺寸变化比下部尺寸变化慢,焊缝形貌由X形过渡到T形。当离焦量在瑞利长度范围内时,焊缝正面宽度变化很小;当离焦量超出瑞利长度范围时,在足够高的激光功率密度下,焊缝正面宽度快速增加。在激光功率为3 kW,侧吹保护气角度为35°条件下,通过优化焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量可以得到最佳焊缝质量。     

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。     

利用试验优化设计方法优化SUS301L奥氏体不锈钢板非穿透激光搭接焊工艺参数

提出了一种试验设计方法来优化SUS301L奥氏体不锈钢非穿透型激光搭接焊接工艺参数.在保证焊接接头的力学性能的前提下,通过对焊接过程中工艺参数的优化来减少焊缝背面变形.为了获得最佳的工艺参数,试验制定了一套与每个焊缝特征相关的焊接参数的数学模型,并以熔深的最小化和熔宽的最大化,以及背面变形和剪切强度作为目标进行了优化.研究采用了部分正交试验法来降低试验误差和减少试验样本数.试验所用激光器为CO2激光器,试验优化得到的最佳工艺参数为:激光功率P＝2.2 kW、焊接速度ν＝4.5 m/min、激光入射角θ=45°、离焦量△f=+2inn、保护气体fg=25 L/min(He:Ar=2:3).     

不锈钢厚板万瓦级CO2激光焊接

采用20 kW CO2激光器对不锈钢厚板进行了焊接实验研究。发现激光束焦点位置在高功率输出时存在漂移,为简便地描述焊接位置,以聚焦镜中心与材料表面的距离h作为焊接位置的表征,研究了不同h时的焊缝成形及熔深变化情况。此外,万瓦级激光焊接对聚焦系统更加敏感,在聚焦镜焦距f=300 mm时不同焊接位置处的焊缝成形差别小,且熔深浅,深宽比小;在f=200 mm时不同焊接位置处焊缝成形变化明显。采用f=200 mm聚焦系统,在h＝208 mm、激光功率P＝18 kW、焊速v＝2 m/min时对12 mm厚1Cr18Ni9Ti实现了对接单道焊透,焊缝成形良好。结果表明:通过优化工艺参数,在不开坡口和未填充材料的情况下,采用20 kW CO2激光器可以实现12 mm不锈钢厚板的对接焊,焊缝成形良好、深宽比大、热影响区小,得到了较为理想的焊接接头。     

非穿透激光焊等离子体光信号与熔深的关系

在一定工艺条件下,焊缝熔合面积随线能量的增加线性增长,而在激光功率与焊接速度二者之中,激光功率对熔深有更为显著的影响,焊接速度则对熔宽影响较大.400nm~600nm波段的等离子体光信号可以较好地反映非穿透激光深熔焊熔深的变化,其均方根值与熔深成严格的二次曲线关系,另外还分析了等离子体光信号与焊缝熔深之间内在联系.研究结果为非穿透激光深熔焊熔深的实时监测或预测提供了理论与实验依据.     

不锈钢低功率脉冲活性激光焊的试验研究

为了研究活性焊接技术对低功率脉冲激光焊焊缝熔深增加的可行性,提高脉冲激光焊的焊接效率和降低焊接成本,采用低功率脉冲活性激光焊接方法,就TiO2,SiO2,Cr2O3,CaF2和NaF5种活性剂对SUS304不锈钢板焊缝熔深的影响进行了理论分析和试验验证,取得了焊缝熔深、深宽比及熔宽变化的数据。结果表明,活性剂对焊缝熔深均有不同程度的影响,其中TiO2和SiO2分别使熔深增加38.290%,17.175%;在焊缝深宽比方面,Cr2O3,TiO2,SiO2活性剂均使深宽比有不同程度的增加,而氟化物则对深宽比没有明显增加效果;同时,活性剂的存在不仅提高了激光的吸收率,还改变了熔池流动状态,使得焊缝中的显微组织发生变化。这一结果对于进一步探讨活性剂在激光焊接技术中的实际应用是有帮助的。     

高强度镀锌钢的CO2激光焊接

利用CO2激光对汽车车身用1.5 mm厚高强度双面镀锌钢进行了大量的焊接实验,对焊缝组织进行了显微组织分析和相关的机械性能实验。从理论上推导了在一定焊接工艺条件下,稳定深熔焊接的下临界功率与焊接速度及焦点位置的关系。在同轴和侧吹保护气体的条件下,通过工艺参数优化,激光深熔焊接可以有效地避免高强度镀锌钢热影响区(HAZ)的软化现象以及焊缝气孔的有效控制。锌不稳定的急剧气化,使热影响区扩大和焊接稳定性降低,聚焦镜的保护难度加大,采取了有效措施加以控制。实验结果表明,用氮气作为保护气体,在激光功率1300 W,焊接速度0.8~1.1 m/min,焦点位置在工件表面下0.4 mm处时,得到了满意的焊接质量。焊缝的硬度接近母材硬度的2倍。     

高光束质量Slab CO2激光深熔焊接实验研究

使用最新一代的扩散冷却型Slab CO2激光器对低碳钢进行了激光深熔焊接实验研究。Slab CO2激光器具有高光束质量。实验主要通过改变焦点位置获得不同离焦量下激光深熔焊接焊缝成型，分析并讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响。     

HR-2钢薄壁件激光热导焊研究

探讨了HR-2抗氢不锈钢制薄壁件的激光热导焊方法,研究了激光热导焊接HR-2抗氢不锈钢制薄壁件的工艺参数,分析了焊缝焊深的波动情况及影响焊深波动的因素,提出了有效的焊深波动控制措施.结果表明,采用降低焊接速度和焊前预热等措施,可以突破CO2激光热导焊接HR-2抗氢不锈钢的熔深极限,并且可降低焊深波动;在规范参数和工艺方法选择合适的情况下,激光焊接HR-2抗氢不锈钢薄壁件,可达到焊深≥0.25mm、焊深波动控制在±10%的范围以内、焊缝内部质量及表面成形质量优良的焊接要求;但焊缝质量受激光对中点和点焊点的影响很大,应尽量避免采用激光对中及点焊.     

CO2激光焊接高强度镀锌板的试验研究

为了研究汽车专用高强度镀锌钢板的CO2激光焊接性能,采用侧吹保护气体的方法,进行了大量的焊接试验,并对焊缝进行了显微组织分析和相关的机械性能试验.在试验的基础上,选择了焊接保护气体的种类,分析了热输入工艺参数对材料深熔焊接熔化特性的影响,解决了因锌的蒸发及环境中水分等因素的影响下,在激光焊接时焊缝中易于形成气孔的问题.结果表明,在侧吹保护气体的条件下,激光深熔焊接能有效地避免高强度镀锌钢热影响区的软化和控制焊缝气孔及焊接接头裂纹的产生.     

铝合金CO2激光电弧复合焊保护气体影响研究

为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar):V(He)=5:25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。     

金刚石锯片的激光焊接工艺参数试验研究

采用800W基模CO2激光器对金刚石锯片进行了激光焊接研究。试验并研究了激光功率、焊速、离焦量及偏移量等工艺参数对金刚石锯片的激光焊接质量的影响,获得了焊接的最佳工艺参数,焊缝深宽比约为2mm,焊接熔合深度约为1.2mm。激光焊接的金刚石锯片显著地提高了其结合强度及承载能力。     

CO2激光焊接车身拼焊板

利用CO2激光对汽车车身拼焊板进行了焊接实验,并对焊缝进行了显微组织分析和机械性能分析。采用Ar气作为焊接保护气体,能获得比采用N2气时更好的深冲性能;侧吹保护气体的方法能有效地控制焊缝中的锌含量。研究了焊接熔深和焊缝宽度随激光功率和焊接速度变化的规律。实验结果表明,在优化的工艺参数下,激光焊接车身拼焊板的焊缝中没有出现气孔、裂纹和热影响区(HAZ)软化等缺陷,拼焊板的深冲性能优良;拼焊板的成形性能取决于两种材料的强度比和厚度比,焊缝易于向高强度镀锌钢板一侧偏移;普通钢板越薄,焊缝的偏移量越大。     

激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系

针对激光深熔焊接过程的监控问题,基于小孔内部压力平衡条件分析了小孔振荡和小孔深度的关系。在此基础上基于小孔行为与等离子体行为的耦合性,以及等离子体振荡特征与等离子体电信号波动特征的一致性,利用短时自相关分析方法分析了A304不锈钢和Q235碳钢在激光深熔焊接过程中等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系。结果表明,等离子体电信号振荡周期随焊缝熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系不同。最后,在可变热输入连续焊接验证实验中,在焊接过程稳定的条件下,等离子体电信号的短时自相关分析结果与焊缝熔深之间有比较好的对应关系,与所分析的小孔振荡特征方程具有一致性。