激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

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。     

钢/铝异种金属激光填丝熔钎焊对接接头组织与性能分析

采用光纤激光和铝硅焊丝对2.5mm厚6013铝合金和镀锌低碳钢的异种金属对接接头进行了激光填丝熔钎焊。采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了熔钎焊对接接头的微观组织,采用拉伸试验测试了接头强度,并研究了热输入对钢/焊缝界面处金属间化合物和接头强度的影响。试验结果表明,在适当焊接参数下可以获得成形良好和具有一定抗拉强度的钢/铝对接接头。进一步分析表明,钢/焊缝界面处主要生成了FeAl2和FeAl3金属间化合物。随着热输入量的增加,金属间化合物的厚度随之增加。焊缝中的组织则为α-Al基体晶界上均匀分布着条状Al-Si共晶组织。在钢板采用30°坡口时可以获得的最大抗拉强度为88MPa,采用45°坡口时强度可以达到135MPa。     

铝/钢异种金属无钎剂激光填粉熔钎焊接

采用宽带激光光斑和填粉焊接技术,在不使用钎剂的情况下进行6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊接实验。分析测试了接头成形、焊缝组织和接头强度,并探讨了影响接头强度的因素。结果表明,采用此方法可实现6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊连接。选用优化的焊接工艺参数获得了成形饱满,无裂纹、气孔等缺陷的焊缝。焊缝熔宽和金属间化合物层厚度随焊接热输入量的增加而增大。熔钎焊缝中金属间化合物由Al-Fe和Al-Fe-Si系统化合物组成。拉伸试样均断裂在钎料/镀锌钢界面,接头最大机械抗力为152.5 N/mm,断口呈脆性断裂特征,钎料/镀锌钢界面为接头的薄弱环节。拉伸试样铝一侧断裂面由Al5Fe2Zn0.4和α-Al组成。焊缝熔宽、金属间化合物层厚度共同决定了接头的机械抗力水平。     

激光深熔钎焊车用铝/钢异种金属试验研究

为了实现车用铝/钢异种金属良好连接,采用光纤激光对车用铝合金与镀锌钢对接接头进行了激光深熔填丝钎焊工艺试验,并对焊缝接头的成形、界面金属间化合物层,以及力学性能进行了分析。结果表明,铝合金一侧是激光深熔焊接接头,而镀锌钢一侧是钎焊接头;在镀锌钢与钎焊缝中间界面存在金属间化合物层,厚度小于10μm;金属间化合物主要为Al7.2Fe2Si和（Al,Si）13Fe4;拉伸试样主要断裂于铝合金热影响区处,平均抗拉强度为145MPa;接头的断裂方式主要是韧窝断裂。     

添加Sn-5%Zr粉末对激光焊接钢/铝显微组织和性能影响

对1.4 mm厚的DP590双相钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行添加Sn-5%Zr(质量分数,下同)粉末的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射技术(EBSD)和微机控制的电子万能试验机等研究了添加Sn-5%Zr粉末对焊缝微观形貌、焊接区域金相组织、断口形貌、主要物相、相的分布及含量、晶粒大小与接头力学性能的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了添加Sn-5%Zr粉末后新形成物相Fe Sn、Fe3Sn和Fe3Al、Fe Al、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物的模量。结果表明,添加Sn-5%Zr粉末钢/铝接头平均剪切强度为37.90 MPa,与未添加粉末相比,剪切强度提高,新形成Zr Al3化合物细化了钢/铝界面Fe-Al金属间化合物的晶粒尺寸,Sn抑制Al向焊缝熔池内扩散,减少Fe-Al金属间化合物层厚度,新形成物相Fe Sn,Fe3Sn具有较好的延性,Sn-5%Zr粉末改变了界面层Fe-Al金属间化合物脆性相与延性相的比例,添加粉末增加焊缝熔宽,提高焊合率,因而添加Sn-5%Zr粉末改善了焊接接头的力学性能。     

焊接电流对铝/镀锌钢TIG焊接头显微组织与力学性能的影响

本文采用TIG熔-钎焊焊接方法,以Al-Si12为填充材料,将6061铝合金与HSLA350镀锌钢以搭接方式进行连接.本试验用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS),对40 A、60 A和80 A三种不同电流下焊接接头的显微组织进行表征,并测试了接头的力学性能,分析电流大小对焊接接头显微组织和力学性能的影响.结果表明:铝合金能与镀锌钢形成连接良好的接头,焊接电流40 A时接头结合不牢固,焊接电流80 A时接头内形成了更多的硬脆相,力学性能降低.焊接电流60 A时接头性能最佳,为188.4 MPa,可达6061铝合金母材的71%;在铝/钢TIG焊接接头界面处形成了铁、铝异种金属间化合物,靠近铝一侧形成较厚一层FeAl3金属间化合物,靠近钢一侧形成了较薄Fe2 Al5金属间化合物层,还伴随有少量的Fe3 Al生成.     

铝-钢异种金属激光熔钎焊工艺研究

为了实现高强度铝-钢钎焊接头，以车用08Al钢和铝合金为试验对象，以填粉方式选用纯铝粉末作为钎料，进行了异种金属激光熔钎焊接试验研究。综合能量散射光谱能谱分析和X射线荧光衍射物相分析，接头界面处的金属间化合物主要有FeAl，Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃。研究了添加钎剂对接头整体成形及激光偏移量对接头形貌和力学性能的影响。结果表明，钎剂的添加改善了接头成形缺陷，提高了焊趾区的润湿性；当激光偏移量为0.8mm~1.6mm时，形成了有效的熔焊接头，且随着激光偏移量的增加，接头润湿角由35°增加到54°，反应层的金属间化合物厚度逐渐减小，抗拉性能呈先提高后降低的趋势；在激光偏移量为0.8mm时，接头润湿角为38°，反应层金属间化合物厚度8μm，平均机械抗力达到210N/mm，具有较高的工程应用价值；焊缝润湿角、连接宽度和反应层金属间化合物厚度共同决定了接头的机械抗力水平。该研究对于保证车身激光焊接质量提供了技术支持和重要的指导意义。     

工艺参数对铝-钢激光熔钎焊接头质量的影响

为探索低功率激光焊接钢铝熔钎焊的可行性,采用光纤激光器以1 mm厚的6061铝合金和1.2 mm厚的DP600双相钢为试验对象,进行铝在上、钢在下的激光熔钎焊试验。研究了焊接速度和激光功率对焊接接头质量(焊缝成形性、微观组织和力学性能)的影响。结果表明：接头抗拉剪强度随着激光功率的增加和焊接速度的加快,均表现为先增大后减小,并在激光功率为405 W,焊接速度为5 mm/s的工艺参数下,焊接接头的抗拉剪强度达到最大值127 N/mm,金属间化合物厚度约为10μm,断口为典型的解理断裂。该研究为提高激光焊接质量提供了一定的技术支持。     

铝/镀锌钢电弧辅助激光涂粉填丝熔钎焊方法

采用电弧辅助激光焊接方法通过添加Al-12%Si焊丝进行了铝/镀锌钢异种金属涂粉对接熔钎焊工艺试验,分析了送丝速度对焊缝成形的影响;运用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、材料试验机等观察分析了焊接接头各区域的微观组织、断口形貌、物相成分和接头力学性能。结果表明:在适当的焊接参数和工艺条件下,能够得到正反面成形良好的对接接头。当焊接速度一定时,随着送丝速度的增大,焊缝正面的铺展宽度减小,背面的铺展宽度增大。Si元素主要富集在接头上部,焊缝中的组织主要有α(Al)基体及沿晶界分布的Al-Si共晶相。铝/钢界面层生成了不均匀的金属间化合物层,其主要物相有Al_8Fe_2Si、Fe_4Al_(13)和Fe_2Al_5,接头最大抗拉强度可达130 MPa,断口表面形貌呈现韧性和脆性共存的混合型断裂特征。     

6005A激光-MIG复合焊接头组织及力学性能研究

为了研究高强度铝合金的焊接性能,了解激光与金属惰性气体(MIG)之间的相互作用机理,进一步优化焊接工艺参量, 采用光纤激光器与MIG复合焊焊机对3mm厚6005A铝合金进行了复合焊接试验研究。结合焊缝形貌、接头的力学性能等,分析了工艺参量对焊缝质量的影响规律。结果表明, 采用激光-MIG复合焊接6005A,在合适的工艺参量下,可以实现表面成形良好的接头;焊缝中的物相主要由-Al固溶体和弥散分布在基体中的第二相Mg2Si组成;焊缝区的显微硬度明显低于热影响区和母材的显微硬度,接头的断裂处发生在焊缝区,这是由于焊接热循环导致焊缝区组织粗化与气孔缺陷所致,接头的断裂形式为韧性断裂,断裂处呈现大量的韧窝,接头的抗拉强度为251.52MPa,可以达到母材的89.19%。焊接质量符合工程需要。     

42CrMo钢表面单道激光宽带处理后熔凝层的残余应力

基于有限元软件SYSWELD平台,建立激光熔凝三维有限元模型,编制宽带热源的FORTRAN子程序,采用不同的工艺参数对42CrMo钢表面的单道激光宽带熔凝区的组织和残余应力进行数值计算与分析.测定了激光熔凝表层的热循环曲线,利用扫描电镜(SEM)观察熔凝区相变.结果表明,工艺参数对熔凝区残余应力分布状态影响较大,激光线能量密度(ρE)过高或过低,均影响熔凝层的表面成型质量;当激光束输出功率为3500 W,扫描速率在600~1000 mm/min时(即ρE=20.9~35.0 J/mm2),熔凝区可获得有利的残余压应力分布.42CrMo钢母材组织为铁素体 珠光体,经激光处理后,熔凝区组织转变生成的马氏体相比例高达95%以上.     

激光熔化沉积TC17钛合金光纤激光焊接特性

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。     

激光焊接镀锌钢/冷轧钢异种板材工艺试验研究

为了研究镀锌钢/冷轧钢异种板材间激光焊接性能,采用光纤激光器及其配备的机器人对其进行了焊接试验,并对接头进行了显微组织和力学性能分析。在试验的基础上,分析了激光功率、焊接速度、离焦量等主要工艺参量对焊缝性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着激光功率的增大和焊接速度的降低,焊缝宽度和熔深增加;焊缝及热影响区硬度均高于母材,焊接接头的强度与母材冷轧钢板相当;为保证焊接接头强度和性能的有效过渡,克服因其物理性质差异所导致的焊缝与拼接中心间的偏离,激光光斑中心宜向冷轧钢板一侧偏移。     

车用双相钢激光焊接接头组织性能研究

为提高汽车车身用双相(DP)钢焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,利用脉冲Nd:YAG激光器,对DP600进行激光对接焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、材料拉伸试验机等分析测试手段,研究了焊接接头的显微组织和高应变速率下的拉伸性能。结果表明,在合适的脉冲激光焊接参数下,DP600钢板可获得成形均匀的激光深熔焊缝。焊接接头的焊缝区(WZ)主要为马氏体组织,硬度高于母材;热影响区(HAZ)较窄但存在马氏体回火软化现象。焊接接头力学性能对应变速率较为敏感,随应变速率的增加,屈服强度和抗拉强度增加,而塑性均小于母材。不同应变速率下DP600对接焊拉伸断口均为韧窝形貌,呈典型的韧性断裂特征。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。     

新一代超低碳贝氏体钢激光焊接热影响区的组织和性能

采用激光焊接和熔化极活性气体保护焊接(MAG焊接)两种方法对800 MPa级新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢进行了焊接,研究了焊接热影响区(HAZ)组织、性能的变化规律。实验结果表明,热影响区组织均为贝氏体板条和马氏体-奥氏体(M-A)组元组成的粒状贝氏体;在实验所采用的不同热输入情况下,随着热输入的增大,马氏体-奥氏体组元的平均宽度、总量、形状因子增大,但其线密度减少;在合适的激光焊接条件下,热影响区韧性高于母材;激光焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小,均高于母材,未出现明显的软化区。     

CFRP与不锈钢激光焊接的有限元分析

为了研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）与不锈钢激光焊接的机理,及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律,采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型,计算得到了温度场和应力场的分布,分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律,并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明,该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布;激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响;计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合,验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。