非熔透激光搭接焊薄钢板的试验研究

为了研究薄钢板的非熔透激光焊接的焊接质量,采用光纤激光及CO2脉冲激光对SUS304奥氏体不锈钢和SPCC冷轧碳钢薄板进行了非熔透搭接焊试验,分析了影响非熔透激光焊接的主要因素,并对接头的组织和力学性能进行了测试,得出激光功率、焊接速率、离焦量、脉冲频率、占空比等主要工艺参量对焊缝成形及试件性能的影响规律。结果表明,在适宜的焊接工艺参量下,非熔透激光焊接焊缝形貌平整连续;焊缝强度达到母材强度的50%以上;焊缝区的显微硬度高于母材。     

不锈钢薄板非熔透激光搭接焊热源模型

基于不锈钢薄板非熔透CO_2激光搭接焊和光纤激光搭接焊获得的实际焊缝形状,采用表面高斯+柱状体复合热源模型,得到热源比例系数分别为0.85和0.70。对其余4个热源描述参数,包括高斯热源半径和深度、柱状热源半径和深度进行正确设置,就可以获得不同焊接功率和焊接速度下,搭接焊缝形状表征参量(表面缝宽、中间熔宽和熔深)的变化规律。模拟结果与试验结果符合很好。     

304不锈钢/T2紫铜超薄板激光搭接焊

采用波长为1070nm的光纤激光,对厚度均为0.2mm的304不锈钢和T2紫铜超薄板进行了激光搭接焊。采用钢-铜-钢三层搭接方法时,能得到良好的焊缝和较宽的工艺窗口。焊缝显微结构呈现出与焊缝边缘平行的黑色层状花纹。能谱分析结果表明,焊缝下部的铜含量高于上部的。显微硬度测试结果表明,接头硬度最低区域为铜层热影响区,单侧热影响区的宽度在1mm左右。拉伸试验结果显示,断裂位置处于铜层热影响区,其最大拉伸强度为213 MPa。     

304L不锈钢扫描激光搭接焊熔池流动与焊缝成形研究

针对MARK III型液化天然气(LNG)船围护系统中的304L不锈钢波纹板搭接接头进行了圆形扫描激光焊接工艺研究。对于圆形扫描激光焊接的搭接接头,其下板焊缝边缘存在咬边,且在较大扫描幅度和较高扫描频率下咬边现象尤其明显。通过高速摄影发现,焊接过程中圆形扫描轨迹内部存在未熔化区域。激光斑点除自身的扫描运动外还叠加了沿焊接方向的移动,随着扫描路径的重复叠加,在扫描激光焊接熔池的内部,未熔化区域逐渐减小,最终达到稳定状态。当扫描幅度或频率提高时,单位长度母材吸收的激光能量减小,熔池温度降低,当前扫描周期下形成的熔池前沿快速凝固,从而导致未熔化区尺寸无法进一步缩小。当扫描幅度降至1.5 mm或者扫描频率降至50 Hz时,未熔化区域较小甚至完全消失,咬边现象也随之消失。     

利用试验优化设计方法优化SUS301L奥氏体不锈钢板非穿透激光搭接焊工艺参数

提出了一种试验设计方法来优化SUS301L奥氏体不锈钢非穿透型激光搭接焊接工艺参数.在保证焊接接头的力学性能的前提下,通过对焊接过程中工艺参数的优化来减少焊缝背面变形.为了获得最佳的工艺参数,试验制定了一套与每个焊缝特征相关的焊接参数的数学模型,并以熔深的最小化和熔宽的最大化,以及背面变形和剪切强度作为目标进行了优化.研究采用了部分正交试验法来降低试验误差和减少试验样本数.试验所用激光器为CO2激光器,试验优化得到的最佳工艺参数为:激光功率P＝2.2 kW、焊接速度ν＝4.5 m/min、激光入射角θ=45°、离焦量△f=+2inn、保护气体fg=25 L/min(He:Ar=2:3).     

基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。     

采用ANSYS软件分析激光焊接奥氏体不锈钢变形量

采用激光焊接0.2毫米厚的奥氏体不锈钢片时,由于变形量太小,肉眼无法定量分析,本文采用ANSYS软件模拟分析具体变形量和残余应力的大小,为试验数据的验证提供依据。     

304不锈钢激光点焊工艺研究

本文以304不锈钢作为试验材料,采用搭接的方式进行激光点焊试验,研究了激光功率、焊接持续时间、离焦量和间隙对焊点形态及尺寸的影响规律。试验结果表明,在熔透情况下,焊点上表面都呈现明显的下塌,持续时间或者间隙较大时,下表面还会出现内凹。随着焊接持续时间的增加,焊点整体尺寸增长较快,中心的下塌和内凹深度都有明显增加;而随着激光功率的增加,焊点尺寸增长缓慢。当间隙变大时,焊点熔合面出现收缩现象。     

304不锈钢激光冲击处理后的残余应力产生机理

利用激光冲击波对304不锈钢表面进行了强化处理,用电子扫描电镜观察了激光强化处理后表面显微组织结构的变化,并测定了其显微硬度和残余应力,分析了激光冲击处理后显微硬度和残余应力的分布规律,并对残余应力产生的微观机理进行了讨论.实验结果表明:激光表面强化处理后,冲击区微观结构中产生了微塑性变形,显微硬度从基材的220 HV提高到冲击区的310 HV;用X射线分析仪测得冲击区残余压应力为-200 MPa以上,有利于提高其疲劳寿命;在激光冲击波作用下,材料表面发生的塑性变形不能完全恢复,是残余压应力产生的主要因素.     

完全熔透和部分熔透搭接激光焊接接头的残余应力和变形

基于ABAQUS软件建立了考虑搭接界面接触约束的顺序耦合热-弹塑性有限元模型,研究了完全熔透和部分熔透搭接激光焊接接头的温度场、残余应力场以及焊接变形,并通过试验验证了模型的准确性。结果表明:完全熔透焊接接头由于热输入量较高,其高纵向残余应力区的范围比部分熔透焊接接头宽约30%;由于部分熔透板材对焊缝金属自由膨胀的约束强于熔透板材,故部分熔透焊接接头下板搭接界面的横向残余应力峰值(198 MPa)大于完全熔透焊接接头;部分熔透焊接接头上下表面之间的横向收缩差异明显大于完全熔透焊接接头,从而导致部分熔透焊接接头沿板厚方向的焊接变形更大。     

SUS316不锈钢激光摆动焊接工艺研究

对SUS316不锈钢激光摆动焊接工艺进行研究,在不同摆动振幅、频率、焊接速度、激光功率、离焦量下测试激光摆动焊接焊缝成形,并对比不同摆动方式下不锈钢搭接接头的焊缝成形及机械性能。结果表明：当垂直振幅≥0.15 mm时,可以获得成形较好的矩形焊缝;摆动频率过低容易出现“齿状”焊缝,过高则容易产生咬边,当频率为300～400 Hz时,可以获得成形良好的焊缝;摆动频率与焊接速度的比值不小于10时,有助于消除“齿状”;激光功率、离焦量主要影响焊缝的深度与宽度。相对于不摆动焊接,摆动焊接获得的接头强度更高,激光摆动焊接1 mm厚不锈钢搭接接头,焊缝宽度约1 mm时,接头抗拉强度达698 MPa,约为母材的1.34倍。     

A304不锈钢Nd∶YAG激光焊光致等离子体电信号频谱分析

利用无源电探针检测A304不锈钢在不同的Nd∶YAG激光焊接条件下的光致等离子体电信号,研究了不同的激光焊接模式与激光等离子体电信号频谱分析结果之间的关系,分析了不同条件下的等离子体电信号波形图和频谱图,阐述了不同激光焊接模式下的焊缝横截面成形特征与等离子体电信号波形、频谱特征的关系。结果表明,在试验设定条件下,不同的激光焊接模式具有不同的等离子体电信号频谱特征。利用在500~1000 Hz范围内等离子体电信号频谱的谱强度E的大小可判别激光焊接过程是否为深熔焊,当E较大或超过一定值时,激光焊接模式为深熔焊。     

304奥氏体不锈钢管道焊缝氯离子腐蚀渗漏浅析

上海松江某电子工程项目,工业自来水系统和冲身洗眼器系统的管道安装,经过验收→使用→出现渗漏→整改→使用→又出现渗漏。对此,依据具体情况进行分析研究,从查证资料显示和该工程上的管道渗漏实际情况来看,渗漏的原因在于自来水中的氯离子对奥氏体不锈钢腐蚀所致。     

激光冲击处理304不锈钢表面的形貌特征及其机理分析

为了研究激光冲击强化(LSP)过程中冲击波柔性加载条件下靶材的表面形貌与变形机理的联系,采用短脉冲强激光对304奥氏体不锈钢表面进行LSP处理,在没有对材料表面进行腐蚀的条件下,利用光学显微镜直接观察了LSP处理后材料的表面,并分析了其表面形貌特征与形成机理。研究发现,表面形貌呈现了多晶面心立方(FCC)金属的塑性变形特征,所浮现的形变组织能够直接反映材料在冲击波加载下的变形机制。实验结果表明,激光冲击后材料的表面形貌与塑性变形机制具有对应关系,这为LSP处理的变形机理的研究提供了一种新的实验方法。     

不锈钢薄板激光搭接焊接头的力学性能

通过激光搭接焊试验,研究了不同接头试样的拉伸剪切性能和疲劳性能,结合焊缝横截面及断口形貌,对试验结果进行了分析。结果表明,对于宽度为80mm的非熔透型接头,残余应力导致接头拉剪强度减小4.1%,疲劳极限值减小26.4%;0.2mm搭接间隙使得接头的拉剪强度减小8.8%,疲劳极限值减小6.25%;20°激光斜入射使得接头的拉剪强度增大3.8%,疲劳极限值增大18.7%。对于相同板厚组合,母材的冷轧状态对接头的力学性能会有一定的影响。     

不同焊接模式下的A304不锈钢YAG激光焊等离子体的电信号特征

提出一种无源电检测装置,对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行检测,并利用高速摄像机对等离子体的形态进行观察。结果表明,不同焊接模式下的等离子体电信号具有不同的时域特征。对不同焊接模式下的等离子体电信号特征进行理论与试验分析,发现等离子体电信号受等离子体效应和鞘层效应的共同影响;小孔的形成与否是造成不同焊接模式下等离子体电信号特征不同的决定性因素。     

激光熔覆304不锈钢微观组织研究

采用激光熔覆成形了304不锈钢,利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术,研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成,σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1;γ相呈细小、致密的枝晶状,σ相主要为长条状,宽度约为200 nm,分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中,σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度,同时,枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此,相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相,激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短,尺寸更大。     

激光-MIG复合焊接304不锈钢工艺研究

为了研究304不锈钢光纤激光-MIG(metal inert-gas welding)复合焊接性能,采用正离焦的方法进行了大量的焊接实验。分析了送丝速率、弧长、激光功率、光丝距离、焊接方向和不同对接接头等参量对焊接成形的影响。结果表明,在焊丝的干伸长度为15mm、光丝距离为2mm、采用前送丝时,通过适当调节送丝速率、弧长可以实现较好的焊接效果;小直径焊丝有利于形成较小熔宽和余高的焊缝,而通过加入引弧板可以解决初始位置焊缝成形较差的问题。因此,采用合适的激光-MIG复合焊接工艺可以实现304不锈钢较好的焊接效果。     

激光冲击304不锈钢微观组织和性能研究

采用激光冲击强化改善304不锈钢耐磨性能。利用电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度和球磨实验分析了激光冲击前后试样的微观组织和性能,探讨了激光冲击对其磨损性能的影响机理。结果表明,激光冲击304不锈钢后,其比磨损率下降,显微硬度从200 HV提高到260 HV。这是由于激光冲击强化304不锈钢使得材料表层晶粒碎化和大量亚结构形成,同时诱发马氏体相变的共同作用下,提高了304不锈钢的显微硬度,改善了其耐磨性能。