低合金高强钢激光-MAG复合多层焊接头力学性能

在对16 mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢采用激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合多层焊技术实现可靠连接的基础上,对焊缝和母材的硬度、拉伸、冲击性能进行分析,并从断口特征方面对其断裂原因和机制进行研究。结果表明,焊缝抗拉强度达到817 MPa,比母材高13%,其断口韧窝相对细小均匀,而母材断口的粗大韧窝明显多于焊缝,表明焊缝强度高,母材韧性好。冲击试验中随着温度降低,母材冲击功保持稳定,而焊接接头冲击功逐渐减小,-40℃左右发生延-脆性转变。焊缝断口主要存在韧性断裂区和脆性断裂区,而母材只存在韧性断裂区。     

激光功率对激光-MIG复合焊焊缝成型影响研究

为了研究激光功率对船舶钢激光-熔化极惰性气体复合焊焊缝成型的影响，采用不同激光功率在7mm AH36船舶钢板上进行对接工艺试验，并进行了微观组织观测和力学性能测试，通过理论分析和实验验证，取得了焊缝成型最佳的工艺参量、焊缝接头不同区域微观组织、力学性能等数据。结果表明，在激光功率为6kW、电流为220A、焊接速率为1.2m/min时焊接，焊缝成型最好，焊缝区组织为板条马氏体及少量铁素体，其抗拉强度为545MPa，力学性能符合国家标准和中国船级社材料与焊接规范要求。这对于船舶钢的激光复合焊接具有一定的指导意义。     

热源空间位置对激光电弧复合焊接焊缝成形的影响

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。     

10 mm船用钢MAG焊及激光电弧复合焊的对比研究

采用10 kW光纤激光器对厚度10 mm的AH36船用钢进行了激光电弧复合焊试验研究,并与同材料的MAG焊进行对比,分别从焊缝成型、焊缝截面形貌、焊接接头力学性能、样件焊接变形、效率以及成本等多方面进行分析.试验结果表明:选择适当的送丝速度,MAG焊及激光电弧复合焊可分别得到具有良好焊缝成型及截面形貌的焊缝,焊缝强度均...     

基于响应面法的DP800车用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝成形研究

为了优化DP800车用高强钢复合焊接的焊缝成形和工艺参数,基于响应面法建立了激光-电弧复合焊接主要工艺参数与焊缝特征参数之间的数学模型,并进行了方差分析。以特定熔深和最小化熔宽为目标,对激光功率、焊接电流、焊接速度进行了优化,得到最优工艺参数,并进行了试验验证。研究结果表明：激光功率和焊接电流与焊缝熔深呈正相关,焊接速度与焊缝熔深呈负相关;随着焊接电流的增加或焊接速度的降低,焊缝熔宽逐渐增大,激光功率几乎不对熔宽产生影响。在最优工艺参数下通过试验验证了模型的准确性,熔深和熔宽的误差率均在5%以内。     

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。     

不同波长激光-MAG电弧复合焊接焊缝成形与熔滴过渡特征研究

以5.0 mm厚高强钢板为实验材料, 采用高速摄像拍摄及汉诺威分析仪, 对比研究了CO2激光-MAG电弧旁轴复合焊接与Nd∶YAG-MAG激光电弧旁轴复合焊接在不同的激光功率下的焊缝形貌、熔滴过渡形态、工艺稳定性及电信号差异。结果表明, 在焊接电流I＝180 A, 电流电压U＝26 V, 焊接速度v＝1.2 m/min时改变激光功率发现, 相同激光功率比较Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊的焊缝面积与热影响区面积明显更大且表面飞溅较少; Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊熔滴过渡频率更高, 过渡形式基本为射滴过渡; 采集的电信号也显示Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊更加稳定。     

激光-电弧复合焊在坡口中的等离子体耦合行为

研究了在坡口中进行复合焊时激光和电弧的耦合行为,结果表明:当光丝间距为2 mm时,激光和电弧能够持续耦合,但熔池表面波动剧烈,焊接飞溅较大,表面成形较差;当光丝间距为4 mm时,激光和电弧等离子体出现周期性耦合,熔池表面波动较小,焊缝表面成形较好。出现周期性耦合主要是因为焊丝熔化后先填充坡口,造成电弧下方液体堆积,激光作用区域和电弧作用区域的高度不在同一水平面上,使得实际光丝间距大于4 mm,激光和电弧不耦合;当堆积液体达到一定高度后,在重力和表面张力作用下液体向激光作用区域流淌,液面趋于水平,实际光丝间距接近4 mm,激光和电弧等离子体连接在一起,再次发生耦合。当光丝间距大于6 mm时,激光和电弧不发生耦合。     

QP980钢脉冲激光-TIG复合搭接焊接头的成形及力学性能

基于铜基焊丝CuSi3Mn1,采用钨极惰性气体保护焊（TIG）和激光-TIG复合焊方法开展了QP980钢搭接焊接头的成形、组织与力学性能研究。结果表明：搭接焊接头由熔焊区、钎焊区和热影响区组成;TIG焊接头只有上基板发生部分熔化,而激光-TIG复合焊接头的上下基板均发生了部分熔化;随着电弧电流增大,两种接头的接触角均减小,钎焊区长度均增加;脉冲激光的加入可以进一步降低接头的接触角,增加钎焊区长度;接头熔焊区以铜基体为主,内部分布着富铁小岛和富铁颗粒;钎焊区的铜基体中分布着少量富铁颗粒。随着电弧电流增加,TIG和激光-TIG复合焊接头的拉剪载荷均增加;在相同的电弧电流下,激光-TIG复合焊接头的拉剪载荷更高;当激光功率为240 W、电弧电流为140 A时,搭接焊接头的拉剪载荷可达12.4 kN;接头断裂位置均位于焊缝处,断裂路径由钎焊区扩展到熔焊区。本文研究表明,增加钎焊区长度能够强化接头性能,接头中的强化相为富铁小岛和富铁颗粒。     

万瓦级激光-电弧复合焊接焊缝成形特性分析

为探究万瓦级激光-MAG复合焊接焊缝成形特性,在不同的激光功率下,对比分析了三种不同复合焊接方法在焊缝成形、等离子体形态方面的差异性及关联性。结果表明：随着激光功率变化,焊缝的特征尺寸及波动与等离子体的特征尺寸及波动具有一定的对应关系,具体表现为：随着激光功率增加,等离子体面积及其波动都增加,焊缝熔深、熔宽及其波动均增加;当激光功率增加到20 kW时,等离子体面积及其波动的增量开始减小,焊缝尺寸的增量也开始减小,焊缝成形质量开始变差。激光-单丝MAG复合焊接方法在20、25、30 kW激光功率下的平均熔深增量相比5、10、15 kW下的减小了71.64%。在相同的工艺参数下,与激光-单丝MAG复合焊接相比,激光-单丝MAG复合填丝焊接下的等离子体面积及其标准差显著增加,熔深减小,成形变差,而激光-双丝MAG复合焊接下的等离子形态、焊缝成形变化均不明显。随着激光功率增加,不同的添丝方式体现在焊缝成形及等离子体形态等方面的差异性逐渐增强,当激光功率增加到20 kW时,焊缝熔深以及影响熔深的等离子体面积及其波动的增量有所减小。     

焊接速度对激光-电弧复合焊接焊缝成形和低温冲击韧性的影响

开展了440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接试验,研究了焊接速度对焊缝成形和低温冲击韧性的影响规律。结果表明,焊接速度对焊缝成形具有较大影响：焊接速度较小时,焊接热输入较大,熔池易塌陷;焊接速度较大时,由于激光能量密度不足,激光小孔熔透不稳定,焊缝底部易形成驼峰。随着焊接速度增大,440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝的低温冲击韧性呈先增加后降低的趋势：当焊接速度低于1.0 m/min时,焊缝的-40℃冲击吸收功较低,小孔型气孔是主要影响因素;当焊接速度为1.2 m/min时,气孔倾向小,焊缝的冲击吸收功达到了175 J;当焊接速度增加到1.5 m/min以上时,贝氏体含量较大,焊缝的低温冲击吸收功下降。     

AH36高强钢激光-MAG复合焊接焊缝成形及力学性能研究

为阐明全熔透状态下工艺参数对激光-MAG复合焊接焊缝成形的影响,以6 mm厚的AH36高强钢为试验材料,采用碟片激光与MAG电弧复合的方法进行焊接,开展高焊速全熔透状态下的焊接工艺研究,分析了送丝速度、激光功率、焊接速度等工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响.结果 表明:一定范围内,增大送丝速度或激光功率能减少底部驼...     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

CO2激光-MAG电弧复合焊电弧能量对熔滴过渡特征和焊缝形貌的影响

以5.0 mm厚高强钢板为试验材料,采用CO2激光-MAG电弧复合焊接方法,研究电弧电压与焊接电流的大小对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响.结果表明,在激光功率P=1.6 kW、焊接速度v=1.2 m/min的情况下:当电弧电压U=26 V、焊接电流I＜180 A时或焊接电流I=180 A、电弧电压U＜...     

BS960E高强钢激光-电弧复合焊接头氢脆行为研究

氢脆具有很强的微观组织敏感性,威胁着各类高强结构材料的安全服役.采用激光-电弧复合焊工艺对BS960E型高强钢进行焊接,并对接头在原位电化学充氢的条件下进行慢应变速率(10-5s-1)拉伸试验,结合微观组织和断裂特征进行分析并对接头的氢脆行为进行研究.结果 表明,焊接热循环所形成的富马氏体中的细晶区可以使接头表现出一定的氢脆敏感性,马氏体较大的氢扩散系数和较低的氢溶解度以及氢在晶界上的快速扩散是引起接头对氢脆敏感的主要原因,通过控制焊接工艺参数可抑制焊接热循环所引起的马氏体转变量,能够降低BS960E型高强钢激光-电弧复合焊接头的氢脆敏感性.     

激光电弧复合焊视觉传感系统及熔池背面图像的检测

在激光电弧(MIG)复合对接焊中，焊缝成形尤其焊缝根部(反面)成形状况的好坏，是衡量复合焊焊接质量及其适应能力的重要指标。为研究视觉信号和焊缝根部成形的关系，建立了由辅助照明光源、可触发拍摄的CCD摄像机、以电弧焊接电流为信号源的触发电路以及图像采集卡组成的视觉传感系统。通过在工件底面拍摄的方法，得到了清晰的熔池背面实时图像。分析了拍摄过程的成像机制，并开发了一套算法实时检测背面熔宽、坡口间隙宽度以及熔池相对坡口的偏移量，结果表明实时检测到的熔宽和实际的焊缝背面宽度有很好的对应关系。     

激光-电弧复合焊接的研究进展

激光-电弧复合焊技术是一种具有较好工业应用前景的新技术,目前已经引起了国内外研究人员的重视.激光-电弧复合焊接将两种物理性质和能量传输机制截然不同的热源复合在一起,实现优势互补,提高焊接效率和质量.结合作者的研究工作,概括了激光-电弧复合焊接中激光与电弧相互作用、熔滴过渡特性、小孔和熔池动态行为、复合焊接工艺技术及应用等方面的最新研究进展.     

X80管线钢光纤激光-MAG复合焊接打底层组织及性能

采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6mm厚根部的打底焊接,以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上,重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明,在优化的工艺参数范围内,可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈高脚杯状,可分为电弧作用区和激光作用区;电弧作用区的硬度高于激光作用区;拉伸试样断裂于母材;电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体,激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体);激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大,但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。     

铝合金激光-短路过渡熔化极惰性气体保护焊复合焊焊缝成形改善

铝合金短路过渡熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊缝成形较差、熔深浅。利用高速摄像与电信号同步采集系统,研究了铝合金MIG焊短路过渡时的熔滴过渡特性,解释了铝合金采用短路过渡焊接时焊缝成形差的原因。采用激光与电弧旁轴复合焊接形式,发现激光的加入改变了铝合金短路过渡的熔滴特性,当激光功率在某一临界值以下时,熔滴过渡稳定,焊缝成形得到显著改善;当激光功率超过临界值时,熔滴过渡不稳定,焊缝成形改善效果不明显。对比传统MIG和激光-MIG焊在采用短路过渡焊接铝合金时的焊缝宏观形貌,激光的加入使熔滴铺展良好,余高降低,熔深增加。研究表明,激光的加入,将工程上焊接铝合金时不常应用的短路过渡MIG焊接形式变得有实际应用价值。     

低功率YAG激光-MAG电弧复合焊接的研究

本文以低功率YAG激光-MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢为基础,对低功率激光复合焊接中的一些特点进行了初步研究。试验结果表明,焊接速度是复合焊接过程中的一个重要参数,焊接熔深主要由激光的能量决定;低功率复合热源和单MAG焊缝组织都是由奥氏体和枝状的δ-铁素体组成,但在同样的焊接熔深下复合焊接组织晶粒比单MAG焊缝中的晶粒细小;发现复合焊接中由于YAG激光的加入,在激光作用点上方粒子的热运动和电离程度比单MAG焊接强烈;复合焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度大于单MAG焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度。