大角度激光填丝双面焊碳钢车体T形接头工艺及性能研究北大核心

针对2.5 mm+3 mm的碳钢材料T形接头的激光填丝焊,采用ER50-G焊丝作为填充金属,对激光功率、光斑位置、离焦量、焊接速度和送丝速度等参数对焊缝成形的影响进行工艺试验,并对焊接接头的金相组织和硬度进行分析。结果表明:获得了优化的工艺参数,采用该参数焊接的接头成型良好,且硬化、软化倾向不明显;要保证该T形接头焊透,除需要保证一定熔深外,还需要有一定的熔宽;激光功率、光斑尺寸及光斑位置对焊缝质量影响较大。试验结果为激光填丝焊工艺的车体结构工程化应用提供技术支持。     

大角度激光填丝双面焊碳钢车体结构T形接头疲劳性能分析

针对2.5 mm和3 mm的碳钢材料的T形接头熔透焊接,采用ER50-G焊丝作为填充金属,对优化工艺参数焊接的T形接头的疲劳性能进行试验,对断口的宏观及微观断裂特征进行了分析。结果表明:指定寿命为1×10~7次循环下,激光填丝焊T形接头的中值疲劳极限σ_(0.1)为222.5 MPa;疲劳试件均断裂于焊趾部位,主要是由于该处存在较大的应力集中;断裂试件疲劳裂纹的启裂区和启裂扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳条带清晰,扩展区的大小随疲劳循环次数的增加而增大,瞬断区断口形貌均为大小不一的浅韧窝。研究结果可为激光填丝焊的车体结构工程化应用提供数据支持。     

大角度激光填丝双面焊碳钢车体结构T形接头疲劳性能分析北大核心

针对2.5 mm和3 mm的碳钢材料的T形接头熔透焊接,采用ER50-G焊丝作为填充金属,对优化工艺参数焊接的T形接头的疲劳性能进行试验,对断口的宏观及微观断裂特征进行了分析。结果表明:指定寿命为1×10~7次循环下,激光填丝焊T形接头的中值疲劳极限σ_(0.1)为222.5 MPa;疲劳试件均断裂于焊趾部位,主要是由于该处存在较大的应力集中;断裂试件疲劳裂纹的启裂区和启裂扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳条带清晰,扩展区的大小随疲劳循环次数的增加而增大,瞬断区断口形貌均为大小不一的浅韧窝。研究结果可为激光填丝焊的车体结构工程化应用提供数据支持。     

碳钢车体激光填丝焊不等厚板对接接头工艺及性能

基于碳钢车体及轨道交通关键结构件对激光填丝焊接技术的需求,针对厚度为2.5mm和4mm车体用碳钢材料的不等厚对接接头,系统开展激光填丝焊接工艺研究及焊接工艺评定,为后续碳钢车体相关结构件的激光填丝焊工艺生产应用提供可靠的技术保证。试验结果表明:焊接接头无气孔、裂纹等缺陷,弯曲试样试样面上均未发现裂纹、气孔和夹杂等缺陷,说明该激光填丝焊接接头焊接质量优良,接头抗拉强度约为480 MPa,满足母材的要求;从拉伸试样断裂位置来看,均断于母材,说明拉伸试验体现的母材的强度试验结果,同时说明该焊接接头能满足结构对于强度的设计要求。     

激光填丝焊碳钢车体不等厚对接接头疲劳性能

使用2.5 mm+4 mm的碳钢材料和ER50-G焊丝进行不等厚对接接头的激光填丝焊试验,研究不等厚对接接头的疲劳性能和断口的宏观及微观形貌,并分析其断口特征。结果表明,在指定寿命为1×10~7次循环时,接头的中值疲劳极限σ_(0.1)为237.5 MPa。疲劳断裂发生在2.5 mm板一侧的焊趾处,断裂呈现典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰,瞬断区断口形貌为大小不一的韧窝。该研究为激光填丝焊在碳钢车体制造上的应用提供了可靠的技术支撑。     

T型接头激光-MAG复合焊单面焊双面成形工艺

以转向架构架常用材料S355J2W作为试验材料,采用激光-MAG复合焊方法,针对无坡口的12 mm厚T型接头的单面焊双面成形工艺进行试验研究。阐述自动焊的工具中心点TCP(Tool Center Point)位置变化造成的两个方向的焦点位置偏移(离焦量偏移及沿T型接头立板表面偏移),通过焊缝外观及金相检测,论证上述两个方向位置偏移对焊接质量的影响,得出最大允许偏移范围:在离焦量为-2.5~-1.5 mm、立板表面偏移为1~2 mm,范围内能够实现稳定的单面焊双面成形效果。     

6061铝合金光纤激光填丝焊工艺与性能研究

采用光纤激光填丝焊工艺对6061铝合金进行焊接,研究了激光功率、焊接速度和送丝速度对铝合金激光焊接接头质量和热输入对接头拉伸性能的影响。结果表明,6061铝合金激光填丝最佳焊接工艺为激光功率2 k W、焊接速度3 m/min、送丝速度1.5~3.0 m/min。激光焊接接头抗拉强度随热输入增加而降低,热输入由80 J/mm增加到146J/mm,抗拉强度由218 MPa降低到206 MPa。     

2A97铝锂合金激光焊T形接头组织及性能

采用异种模式与同步模式双光束DISK激光焊接1.5 mm厚的2A97-T3铝锂合金T形接头,对比研究两种模式T形接头的微观组织,硬度分布和拉伸性能.结果表明,两种模式接头的焊缝区显微硬度仅为母材的61%~67%,但异种模式接头深熔焊缝的显微硬度偏高,表明沉淀相的溶解使焊缝区出现软化,而热导焊过程对深熔焊缝有强化作用.异种模式T形接头蒙皮和桁条的抗拉强度分别为415和337 MPa,为母材的84.8%和68.9%;而同步模式分别达到母材的90.6%和59.4%.异种模式T形接头蒙皮和桁条拉伸均断在热导焊缝的过渡区,表明热导焊缝过渡区是异种模式T形接头最薄弱区域.     

T形接头双光束激光焊变形计算方法

以厚度为2.5 mm的铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊变形为研究对象,针对焊缝金属熔化及凝固引起的材料力学行为变化,考虑筋板与底板之间连接的实现过程,开发了双光束激光焊单元生死温度判别法,焊接过程中以单元瞬态温度为判据,对单元动态杀死和激活;对比了采用与不采用单元生死温度判别法的焊接变形计算结果,该两种计算方法在材料参数、几何模型、边界条件及初始条件等方面都完全相同.结果表明,是否采用单元生死温度判别法对T形接头双光束激光焊变形的计算结果有显著影响,并对这种影响进行了分析.     

6061铝合金激光填丝焊接接头组织与性能

以2mm厚6061－T651铝合金的激光填丝焊对接接头为研究对象,利用光学显微镜、SEM、EDS、显微硬度计分析了优化试验条件下焊接接头的显微组织、析出相形态、分布及成分,并测试了接头的显微硬度。分析结果表明,由于激光焊具有能量集中、热输入小的特点,焊缝晶粒细小且热影响区较窄。在焊缝内部,大量条状和颗粒状的析出相均匀分布于其中,对焊缝的力学性能有显著影响。此外,焊后焊缝区的硬度远高于热影响区和母材,这与焊缝中大量析出的增强相、硅硬质点等因素有关。     

镀锌板的激光剪拼焊工艺及接头性能研究

剪裁激光拼焊坯板在汽车工业生产中得到了广泛而成功的应用，由于需要成本很高的激光焊接设备和昂贵的高精剪设备，过高的投资限制了其在实际生产中得进一步推广使用，尤其是中小批量的生产。针对这一问题。提出用激光切割代替高精剪，在同一台激光器上实现汽车用镀锌板的剪裁和拼焊工艺，并在自行设计的激光切割拼焊数控机床上时SGCD3和WLZn两种镀锌扳用激光切割的方法剪裁后直接进行激光拼焊，并检测了焊接接头的拉伸强度、弯曲、冲压和焊缝成形等性能指标。试验结果表明，镀锌板的激光剪裁拼焊接头性能符合实际使用要求，在同一台激光加工设备上实现镀锌板的激光切割剪裁后再直接进行激光拼焊的工艺方法是可行的。     

铝合金焊前激光清洗工艺研究及接头性能评估

针对铝合金焊前激光清洗,以表面氧含量为指标,研究平均功率、扫描频率对清洗效果的影响,以表面硬度、表面耐腐蚀性评价其服役性能,最终获得高质量剥离铝合金表面氧化膜的工艺窗口,确定有损/无损激光清洗边界条件,对激光清洗与人工打磨进行全方位对比,最终显示两者的作用效果差异。结果表明,在平均功率125～175 W,扫描频率100～150 Hz范围内可实现铝合金氧化膜的高质量剥离;当激光清洗功率密度为(2.24～3.14)×10⁶ W/cm²时,可实现无损激光清洗,当激光功率密度>3.14×10⁶ W/cm²时,即为有损激光清洗;焊前进行激光清洗可全面提升焊缝质量,接头强度可达281.4 MPa,可有效替代人工打磨。     

TC4钛合金激光双光束焊T形接头疲劳性能及断裂机理

基于飞机机身壁板中T形接头在飞行过程中常因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,分别采用激光双光束焊接技术和激光点焊接技术对TC4钛合金进行T形接头焊接,研究两种接头的显微组织特征、拉伸性能、疲劳性能及断裂机理。结果表明:利用两种不同激光焊接方法焊接后,熔合区组织均为针状α′马氏体组成的网篮组织;与激光双光束焊相比,激光点焊焊接接头网篮状组织中的α′网篮状组织的体积分数增大,针状α′马氏体尺寸增大且相间距减小。与母材拉伸性能相比,激光点焊接接头抗拉强度提高了5.5%,激光双光束焊接接头抗拉强度提高了5.8%。激光双光束焊接试件中值疲劳寿命提高2.23倍,主要原因在于网篮组织对焊接接头产生界面强化效果进而增加接头强度,而激光点焊试件的裂纹穿过焊点进入母材扩展导致试件的裂纹扩展抗力降低。     

CLAM钢激光焊T形接头残余应力及硬度分析

采用功率为4 kW的Nd:YAG激光器,对4 mm厚的CLAM钢板组成的T形接头,用不同的激光入射角度进行了激光焊接试验,对焊缝接头的宏观成形,残余应力的分布以及硬度变化进行观察和测试.结果表明,入射角度为14°时焊缝接头具有明显的未熔合现象,随着焊接角度的减小,采用12°和10°时完全熔合,接头表面的残余应力为压应力,入射角度为12°时翼板残余压应力比腹板的大,入射角度为10°时腹板的残余应力较大,接头截面的内部残余应力变化很大,焊缝区的硬度相对于母材有明显提高,焊接热影响区未出现软化现象.     

哈氏合金激光填丝焊与氩弧填丝焊力学性能分析

为了评价不同焊接工艺对核主泵屏蔽套焊接成形质量的影响,对比分析屏蔽套材料氩弧焊接接头和激光焊接接头的力学性能,通过渗透检测、射线检测等方法确认焊接接头是否存在焊接缺陷,同时评价焊接接头拉伸性能和弯曲性能。结果表明:在保证焊接接头形貌良好、余高较小的条件下,激光焊接与氩弧焊接均可获得无缺陷的焊缝表面,但射线检测底片结果显示激光焊接获得的焊缝宽度更窄,焊缝更均匀;两种焊接方式的焊接接头抗拉性能均优于母材,弯曲实验均未发现开裂现象,说明两种焊接方式获得的焊接接头力学性能基本一致。     

AA6061填丝FSW T形接头特征及动静载特性分析

利用自主开发的填丝静止轴肩T形接头焊接工具开展了6061-T4铝合金填丝T形接头的焊接试验,获得了成形良好的无缺陷T形接头. 对接头内部成形、显微组织、硬度分布、静载强度及疲劳性能进行了测试与分析. 结果表明,接头轴肩影响区表面存在超细晶区,内部质量良好,焊核区不同位置填充材料与母材发生了不同程度的混合. 接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,拉伸测试中底板和筋板方向接头均断裂于热影响区,接头系数分别0.68和0.83. 过渡圆角明显提高了接头的疲劳性能,在2 × 106疲劳寿命下的具有90%置信度及97.5%存活率的特征疲劳强度可达101.4 MPa,远高于IIW建议的设计准则. 疲劳断口显示疲劳裂纹萌生于接头表面轴肩压入边缘,在交变载荷作用下向内部扩展,裂纹稳定扩展区可见明显的疲劳条带,断裂机制为穿晶断裂.     

T形接头激光-MAG复合焊接头性能研究

通过采用激光-MAG复合焊工艺对转向架常用中厚板T形接头进行试验研究,验证了该方法在此结构中焊接的可行性,确定了12 mm板、45°坡口、4 mm钝边条件下的焊接工艺参数。在焊枪倾角为25°时,可实现T形接头的单面焊双面成形,获得性能优良的焊接接头。     

激光填丝焊焊丝熔入行为研究

激光填丝焊接技术因其特有的优点提高了其焊接经济性,在增材制造和修复领域具有广阔的应用前景。然而焊丝熔入行为对焊接过程的稳定性和焊缝成形质量有很大影响。基于高速摄像采集技术和焊接工艺试验系统研究了焊丝熔入行为和焊缝成形质量之间的内部联系。结果表明,焊丝送进位置和送丝速度是影响焊丝加热熔化机制和液态金属过渡行为的关键因素;根据光丝间距的变化液态金属过渡行为可分为大滴过渡、液桥过渡和铺展过渡3种形式,其中液桥过渡时焊接过程最稳定且焊缝成形质量最好。     

5A90铝锂合金T形接头激光填丝焊接头组织性能分析

对2.5 mm厚5A90铝锂合金T形接头激光焊和激光填丝焊接头组织与性能进行了研究.结果表明,与不填丝相比,焊接过程中填充焊丝有效减少角焊缝咬边、下塌等缺陷,明显改善焊缝表面成形,同时增大了接头熔化区面积,提高了激光的吸收率;填丝还使得T形接头两侧角焊缝组织大小趋于相同,但组织相对粗大;接头抗拉强度接近提高20%,拉伸断口呈韧性断裂.     

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.