真空激光焊接焊缝成形及等离子体特征

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰,扩宽大功率激光焊接的应用范围,对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明,真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形,增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min时,真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现,在焊接速度较小时,环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下,较大的负离焦可以显著增加熔深,改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明,随着环境气压降低,等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加,焊缝成形改变的一个原因。     

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.     

激光-MIG复合焊接工艺参数对焊缝形状的影响

本文以激光-MIG复合焊焊接工艺参数对焊缝形状的影响为出发点,对复合焊进行了初步的研究。实验研究了激光与电弧之间的距离、离焦量、焊接速度、送丝速度、电弧的类型以及激光的倾斜角度等工艺参数对复合焊焊缝的熔深熔宽的影响。实验表明,激光与电弧之间的距离(DL A)对复合焊的熔深影响较大,在DL A为2mm时,熔深达到最大。离焦量主要是通过影响能量密度来影响熔深和熔宽,在离焦量为+2mm时熔深达到最大,不同于单独激光焊负离焦时熔深最大。焊接速度有一个合适的范围,在这个范围内随着焊接速度的增加,熔深熔宽减少。送丝速度对复合焊的焊缝形状影响最大,送丝丝度较小时焊缝形状类似于单独激光焊;送丝速度过大电弧等离子体屏蔽激光,焊缝形状类似于MIG。激光的倾斜角度对复合焊的焊缝熔深熔宽也有一定的影响,当激光的倾斜角度为10oC时,熔深达到最大熔宽最小。     

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。     

钽薄板脉冲激光焊焊接工艺研究

针对厚度为0.5 mm的钽薄板采用脉冲激光焊的方法进行工艺研究,采取正交试验的方法分析了工件对接接头激光焊接的工艺参数对熔深和熔宽的影响.研究结果表明:熔深和熔宽随着激光功率的增加同时增大,且熔深的增加幅度明显高于熔宽;当功率达到1 100 W时焊缝完全熔透;随着焊接速度的增加,焊缝的熔深相应减小,熔深尺寸与焊接速度几...     

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.     

基于回归分析的钛合金T型接头激光焊接焊缝成形尺寸预测

利用光纤激光对TA15钛合金蒙皮网格结构进行焊接,采用同轴高速摄像监测方案对不同焊接参数下的熔池形貌进行图像采集与特征提取。结果表明,采取基于亮度特征的熔池边缘分段提取方法可以解决熔池图像前后亮度不均匀问题,提取准确的熔池边缘信息。熔池宽度和后拖角度与对T型接头焊缝结合面宽度具有强相关性,熔池长度、宽度、后拖角度与T型接头焊缝熔深具有强相关性。同时,建立了焊接工艺参数与焊缝成形的回归分析模型,并对焊缝成形尺寸进行预测,焊缝结合面宽度和熔深的平均预测误差分别为0.14 mm和0.10 mm。     

基于机器视觉的激光焊接熔池图像处理与特征提取

基于机器视觉,对激光焊接熔池图像处理与特征提取进行了研究.结果表明,分析光纤激光深熔焊接熔池监测结果,包括熔透状态、焊接宽度焊缝偏差跟踪监测及线监测.在不同焊接速度及焊接功率条件下,搭建焊接监测系统可实现光纤激光深熔焊接熔池的实时监测,其精度可达到激光焊接的要求.熔池和热影响区在深熔焊接过程中,焊接速度变化对其焊接过程...     

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。     

高功率光纤激光-TIG复合焊接实验研究

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验;通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态,并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律,并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明,高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%,且基本不受电流大小的影响,焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大;在一定热源间距范围,复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒,从而显著削弱羽辉对激光的影响。     

光丝位置对铝合金激光填丝焊接过程的影响

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历"液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥"阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。     

工艺参数对激光填丝搭接焊成形的影响

介绍了镀锌钢板激光填丝搭接焊接的方法及设备,对1.0mm镀锌钢发现板与0.7mm普板的搭接接头进行光纤激光填丝焊接。研究了不同焊接参数下焊缝的外观形貌、焊缝宏观截面以及显微组织。发现在合适的工艺条件以及参数下能获得美观的焊缝接头。焊缝显微组织主要为铁素体、珠光体以及贝氏体,填丝焊热影响区比单激光自熔焊要大,其主要组织为粗大铁素体。实验结果显示随着激光功率的增大焊缝熔深熔宽均增大,随着光斑远离焦距位置,焊缝熔宽增大,熔深略减小。随着焊接速度的增大,焊缝熔深减小,熔宽也呈减小趋势。     

铝合金激光修饰焊缝成形特征研究

在铝合金激光深熔焊接的基础上,研究了修饰焊对激光深熔焊缝成形的影响.结果表明:激光修饰焊不仅可以显著改善铝合金焊缝咬边、下塌等成形不良缺陷,减小焊缝表层气孔;还可以细化接头组织,在一定程度上提高接头的强度和塑性.表明了激光修饰焊是强化铝合金激光焊接头的有效方法.     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

热源角度对6A01铝合金激光-MIG复合焊成形及气孔的影响

采用激光-MIG复合焊接对轨道交通铝合金型材进行焊接研究,从焊接成形、气孔缺陷和熔池行为等方面研究了热源与焊接方向的夹角对于焊接特性的影响。结果表明,增大激光与焊接方向的夹角可使熔深、熔宽降低,当激光夹角从82.5°增加至110°时,熔深下降了50%,熔宽下降了25%,增大热源角度有利于焊缝中气孔逸出,当激光角度由82.5°增大至97.5°时,焊缝气孔率由3%下降至0%,增大电弧角度也有利于减少气孔。不同热源角度下熔滴过渡方式均为射滴过渡,增大激光和电弧与焊接方向的夹角会促使熔池变长。Fluent模拟结果说明热源夹角影响能量传播,增大激光角度会减弱能量向深度方向的传播,增大电弧角度会扩大其加热范围,进而增加熔池长度,提升熔池存在时间,有利于气孔排除。     

激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究

分析了激光深熔焊接的小孔机制的数学模型。研究了焊接熔池的稳定性与金属蒸气压的关系及金属蒸气压与等离子体的关系。着重研究了激光焊接工艺参数(包括激光模式、功率、聚焦条件、焊接速度和辅助吹气)对焊接熔池行为的影响,最后,还研究了熔池行为与焊缝组织结构和缺陷(如气孔、裂纹等)的关系。     

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。     

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。     

钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况,采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型,对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温度场变化的影响,并与实际焊接试验结果进行了对比。结果表明,焊接温度场呈非对称分布,钢一侧的温度梯度大于铝合金一侧的温度梯度;随着焊接速率的增大,热源中心的最高温度会逐渐降低,焊接熔池的熔宽也会随之逐渐变小。模拟的焊缝形状与实际焊接实验得到的焊缝截面的熔合线基本一致,熔池熔宽的模拟结果与实验结果误差在5%以内,验证了模拟结果的准确性。     

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。