双束激光焊接的研究现状

双束激光焊接技术是高能束焊接领域的研究热点之一,其主要目的是解决激光焊接时存在的问题。文章首先根据单束激光焊接冷却速度过快、装配要求精度过高等缺点,提出了采用双束激光焊接技术进行改善,并对其机理进行了概括分析;其次介绍了多种双束激光焊接同种/异种材料的研究现状,包括不同的工艺参数(束间距、光强比、热源布置方式等)、匙孔内的等离子体行为、焊缝性能以及焊接缺陷等方面。     

Mg/Al异种材料搅拌摩擦连接金属材料流动研究

采用切片法,对3mm厚2024铝合金和AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦连接对接接头从截面和表面两个方向逐步层切,对每一截面抛光、腐蚀、拍照,并通过二维图像对接头进行了简单的三维重构,从而确定了3mm厚铝/镁合金异种搅拌摩擦连接接头的金属材料流动状况。结果表明,接头垂直方向不同层面的金属流动模式不同,同一层面前进侧和后退侧关于对接中心线材料流动也不对称。锯齿间距等于进给速度和搅拌头转速的比值表明,搅拌头每旋转一周,材料在搅拌头后部完成一次堆积。接头中下部的孔洞缺陷是由材料流动不充分造成的。低转速进给速度比的工艺参数使得材料流动主要发生在水平层面。     

超薄铝合金胶粘接及激光焊接工艺研究

目的为了解决厚度为0.05 mm的铝合金在激光焊接过程中,材料发生变形导致的焊穿或者虚焊问题。方法采用在下层铝合金材料表面均匀涂覆粘胶剂,将上下2层铝合金材料进行预固定,然后采用激光焊接,形成焊缝。通过控制涂覆粘胶剂的次数,得到胶层厚度为11.2μm,对涂覆粘胶剂的铝合金进行激光焊接实验。结果当激光平均功率为150W,焊接速度为100mm/s,离焦量为2mm时,焊缝剪切强度最大,为124 MPa,达到母材剪切强度的82%。结论通过粘胶剂预固定后,在激光加热过程中,可以很好地克服材料的变形,让上下材料形成熔池,熔池冷却凝固后熔合在一起形成焊缝,可以解决材料发生变形导致的焊穿或者虚焊问题。     

激光微织构与自组装对铝合金表面润湿性的影响

利用激光加工在铝合金表面进行微织构,通过自组装工艺在微织构表面修饰有机硅烷分子膜,制备得到具有疏水/超疏水性表面。利用扫描电镜、三维形貌仪、接触角测量仪对微织构表面微观形貌和润湿性进行表征。结果表明:激光微织构具有的微米级粗糙结构与自组装分子膜的共同作用对超疏水表面的构建具有重要作用;接触角随激光微织构加工间距(50~100μm)的减小而增大,且与微织构的形貌类型相关。漂浮承载实验表明,超疏水表面符合Cassie-Baxter状态模型,且可有效提高平台的漂浮承载能力。     

半固态连接不锈钢-铝合金界面断裂性能分析

采用半固态连接技术制备了不锈钢-铝合金双金属材料,参照ASTM-E813标准,对这种双金属材料界面断裂行为进行了试验及数值分析,以KIC为评价指标,对不锈钢-半固态铝合金界面与铝合金基体的断裂韧性进行了比较.研究结果表明：采用三点弯曲实验方法,可以显著降低界面裂纹尖端的复杂应力水平;半固态连接不锈钢-半固态铝合金界面断裂为典型的脆性断裂,界面临界断裂韧性略低于基体铝合金的断裂韧性.     

304不锈钢激光焊接接头组织性能及断裂机理研究

目的 研究工艺参数对接头微观组织及力学性能的影响规律,观察断口形貌并揭示断裂机理。方法 基于生产实际,采用激光焊接技术对304不锈钢进行平板对接试验,利用金相显微镜、扫描电镜和背散射电子衍射等手段观察不同焊接参数下的接头微观组织,利用拉伸试验机及显微硬度仪测试其力学性能;通过疲劳试验机测试不同应力下的疲劳寿命,并绘制相应的S-N曲线;使用扫描电镜观察并分析疲劳断口的形貌特征。结果 焊缝中心由等轴状奥氏体和针状铁素体组成,熔合区以柱状晶的形式向焊缝中心生长。激光功率及焊接速度越大,柱状晶的尺寸越小。当激光焊接功率为1 390 W、焊接速度为13mm/s、离焦量为-10 mm时,304不锈钢激光焊接接头的力学性能最好,此时的抗拉强度为785.9 MPa、伸长率为75.6%,拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。在高应力水平（350 MPa和500 MPa）下,疲劳断口由裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬时断裂区组成,焊缝具有优良的抗疲劳性能。结论 焊接速度越快、焊接功率越小、离焦量为负,得到的焊接接头硬度越高,由于细晶强化及加工硬化的双重作用,接头达到了最佳力学性能。     

不锈钢/铝合金异种金属激光-MIG熔钎焊工艺研究

分别采用激光-MIG复合焊和单MIG焊,实现了2mm厚的304不锈钢和6061铝合金对接接头的熔钎焊,对比了不同焊接热源对接头显微组织、界面层化合物及力学性能的影响。结果表明,采用激光-MIG复合焊可以获得性能良好的不锈钢-铝对接接头。激光-MIG复合焊接头的界面层化合物为FeAl_2和Fe_4Al_(13),厚度约为5μm;而单MIG焊接头的界面层化合物厚度约为3μm,主要为Fe_4Al_(13)。激光-MIG复合焊接头的抗拉强度为105MPa,比单MIG焊接头提高了10.8MPa,达到铝合金母材的33.9%。接头试样拉伸断裂均起裂于钎焊界面处,并向余高处扩展,且由脆性断裂转变为韧性断裂。     

高Tc氧化物陶瓷超导材料的连接研究状况与展望

综述了高Tc氧化物陶瓷超导材料连接研究在连接方法、工艺及机理方面的现状,分析 存在的问题,并对今后的研究进行了展望。     

基于表面结构化的CFRTP超声波焊接工艺研究

超声波塑料焊接是一种高效、绿色的焊接方法，近年来被广泛应用于碳纤维增强热塑性复合材料(carbon fiber reinforced thermoplastic, CFRTP)的连接。焊接接头的设计是CFRTP超声波焊接的关键环节。针对这一环节，提出了一种基于表面结构化的CFRTP超声波焊接方法，即在焊接之前通过超声波压印的方式将母材表面结构化，加工出导能筋。以碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)为研究对象，对表面结构化后的CF/PA66进行超声波焊接，研究焊点形成过程，并对焊接接头微观组织进行观察，测试接头拉伸剪切性能，分析接头断裂机制和断口特征。结果表明，相比无结构化的CFRTP超声波焊接，通过超声波压印对母材表面进行结构化所加工出来的导能筋能有效地集中能量，降低焊点分布的随机性和分散性，提高焊接接头的质量。此外，对待焊工件的两个表面均进行结构化处理，可以得到缺陷更少的焊接接头。     

钢/铝薄板热无铆连接接头力学性能研究

目的 针对目前车用高强钢和高强度铝合金板料在无铆连接工艺上出现的成形接头效果不佳及接头强度难以满足实际工况等问题,提出一种钢/铝异种材料热无铆塑性连接工艺,以有效提高22MnB5高强钢与7050铝合金铆接接头性能。方法 通过软件Abaqus建立钢/铝异种材料无铆塑性连接有限元模型,对塑性连接接头尺寸特性进行分析;进一步通过仿真分析研究高强钢初始铆接温度对接头截面颈厚与自锁值的影响,并采用拉伸试验研究铝板在不同初始温度下及成形接头在不同冷却方式下对无铆塑性连接接头性能的影响。结果 将有限元仿真分析结果与试验的金相图进行了对比研究,得出二者成形接头的尺寸基本吻合,并产生了有效的机械自锁,证明了仿真模型的准确性。随后,经仿真分析确定,钢加热至700℃时,接头颈厚值与自锁值均最大,分别为0.402、0.357 mm,该成形温度下接头特征尺寸最佳。最后,通过试验分析发现,常温铆接、阀冷、室冷、水冷的拉力峰值分别为2.076 3、5.314 0、2.411 1、2.024 0 kN。由此可得,热处理后接头的抗剪切强度较常温铆接提高了28.5%,在3种冷却方式处理下,阀冷的接头强度最佳,水冷的接头强...     

钛/铝异种合金脉冲激光焊接接头裂纹产生机理

目的 对0.8 mm厚的Ti6Al4V钛合金和2 mm厚的AA6060铝合金薄板进行脉冲激光焊接,分析异种轻合金激光焊接裂纹产生的机理及界面结合机理。方法 采用扫描电镜、EDS能谱以及显微硬度计等微观表征分析方法,对焊接接头的形貌特征、成分以及显微硬度进行分析,探索焊接接头处裂纹产生的原因。结果 钛/铝脉冲激光焊接性较差,接头存在严重的裂纹缺陷,裂纹多集中在焊缝与铝母材交界处以及焊缝中心区域位置,主要以热裂纹为主;接头焊缝可能存在大量的Ti-Al金属间化合物以及少量未熔的钛,其界面层主要成分推测为层状TiAl和外层锯齿状的TiAl3;接头整个焊缝区域的平均显微硬度为HV0.1420,其硬度水平远远高于焊缝两侧铝合金母材,也高出钛合金母材很多。结论 钛铝金属间化合物使钛铝焊接接头焊缝区脆性增大,另外接头焊缝区存在较大的组织应力、热应力、拉压应力、拘束应力等复杂应力,致使焊缝内存在较严重的裂纹缺陷。     

Temperature Criterion of Laser Welding for Joining Aluminum Alloy with Low-Carbon Steel

Aluminum alloy and low-carbon steel are dissimilar metals. In order to obtain a reciprocal comprehensive property in a joint component of aluminum alloy and low-carbon steel, laser welding was used as a novel joining process. Based on the experimental results, the temperature criterion of laser welding for joining of aluminum alloy and low-carbon steel is discussed in this paper.     

6063铝合金单模光纤激光焊接工艺研究

目的 针对采用脉冲激光点焊的6063铝合金焊点拉力较低,无法满足实际需求的问题,研究6063铝合金激光焊接的最优工艺方案,以提升焊点拉力.方法 采用单模光纤激光对6063铝合金进行焊接,通过极细的线宽组成螺旋点,代替单个脉冲激光点焊.对激光功率、焊接速度及离焦量等工艺参数进行正交实验,得到最佳工艺参数,并通过分析焊缝外...     

铝合金激光焊与复合焊焊缝气孔形成机理研究

利用金相显微镜、扫描电镜观察6009-T6铝合金激光焊和激光-电弧复合焊焊缝中气孔的分布情况及形貌,结合焊缝气孔内壁EDS点扫描分析,并通过图形计算软件计算出焊缝区气孔率。结果表明,相比激光焊,激光-电弧复合焊焊缝中的气孔大小及气孔率显著降低;激光焊焊缝中气孔比较大、形状不规则,而复合焊气孔是比较小的椭球形;进一步分析表明,激光焊主要以工艺类气孔为主,其根本原因是匙孔的失稳;激光-电弧复合焊接以冶金类气孔为主,主要与氢在熔池的析出和氧化物的存在有关;激光焊焊缝气孔内的Mg含量高于焊缝区,而激光-电弧复合焊时焊缝气孔内的Mg含量和焊缝区几乎一样。     

不同填充材料下316LN/Inconel 718异种激光焊接头的显微组织与力学性能

目的研究不同填充材料下316LN/Inconel 718异种激光焊接接头的显微组织、显微硬度及室温拉伸性能。方法分别对316LN/Inconel 718异种材料在不填充焊丝、填充ER316LMn焊丝和填充HGH4169焊丝的情况下进行激光对接试验。采用XJP-2C型倒置光学显微镜观察不同填充材料下接头的显微组织,401MVD型数显显微硬度计测量不同填充材料下接头显微硬度,WDW-100型万能电子试验机测量不同填充材料下接头的室温拉伸抗拉强度,最终,对不同填充材料下316LN/Inconel718激光焊接接头的显微组织和力学性能进行对比分析。结果不填充焊丝与填充ER316LMn焊丝时,可获得外观成形良好的焊接接头;填充HGH4169焊丝时,接头外观成形稍差,但力学性能较好;不填充焊丝时,焊缝组织主要为柱状树枝晶、胞状晶和等轴树枝晶,填充焊丝时,焊缝组织主要为柱状树枝晶和胞状晶。填充焊丝和不填充焊丝情况下,316LN侧熔合区均会产生分层现象,而Inconel 718侧熔合区分层现象则不明显;当填充HGH4169焊丝时,焊缝的显微硬度值与抗拉强度值最大,焊缝填充ER316LMn焊丝时次之,不填充焊丝时最小。接头抗拉强度最大值为764.59 MPa,接头断裂方式为典型的韧性断裂。结论填充焊丝较不填充焊丝时,接头的力学性能有所提高,且填充HGH4169焊丝时,接头的力学性能达到最佳,但焊缝的宏观成形难以控制。     

5083/6063异种铝合金焊接头的低温拉伸性能研究

采用拉伸试验机,研究了5083/6063异种铝合金对接焊焊接头低温拉伸力学性能,通过扫描电子显微镜,对拉伸断口的组织形貌进行了观察分析。研究结果表明:实验温度为298 K、113 K、77 K时,抗拉强度依次为129 MPa、175 MPa、220.5 MPa,抗拉强度随温度降低而增大,延伸率随温度降低有稍微提高。对低温断口的微观形貌分析,断口呈现韧窝形貌,断口分析为韧性断裂。     

Laser Welding of TC-1 Titanium Alloy

The technology of CO2 laser welding and joint properties of titanium alloy were investigated. The problem of molten pool protection was resolved by designing a shielding trailer and a special clamp. Joints with silvery appearance were obtained, which have no pore and crack. In addition, the welding speed could reach 3 m/rain for the plate of 1.5 mm thickness being penetrated. The reason of the porosity formation in partial penetration joints is that the keyholes can be easily cut apart in the radial direction, which makes the gas enclosed in the molten pool. The surface oxide of specimens can not affect the porosity formation in welds directly.     

Mg-Al-Zn合金激光焊接头的耐蚀性研究

分别采用激光焊和激光填丝焊2种方法对4 mm厚的Mg-Al-Zn合金进行焊接,并对镁合金接头的腐蚀机理进行了探讨。采用极化曲线测量、电化学阻抗谱测试、SEM观察和EDS分析等方法,对获得的激光焊接头(LBW)和激光填丝焊接头(LBW-F)在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为进行研究,并与母材(BM)的耐蚀性进行对比,结果表明,腐蚀产物主要由Mg(OH)₂和碳酸盐组成,3种试样的耐蚀性由高至低为:LBW接头＞LBW-F接头＞BM母材。