激光焊接厚钢板的工艺研究

采用 5kW三折腔横流CO2 激光器对 5mm、6mm厚的A3钢板进行焊接实验 ,主要研究了焊接功率、速度、离焦量以及侧吹气流量对焊接深度和焊缝宽度的影响 ,并对焊接样品进行金相分析和显微硬度分析     

激光焊接A3厚钢板的试验研究

采用5kW高功率横流CO2激光器加工系统对A3低碳厚钢板进行焊接试验,研究了工艺参数对激光深熔焊的焊缝的影响,并进一步进行了优化试验,对试样进行了拉伸试验、金相分析和显微硬度分析。     

厚钢板激光焊接的研究

通过能量平衡原理研究了厚钢板激光深熔焊接的热源模型,得出了激光功率与光斑大小、焊接速度等的关系,并讨论了激光光束质量.实验采用非稳腔输出的6～8kW高功率高质量的激光焊接4,6,8mm厚的A3钢板,其焊接速度分别为3.2, 2.2, 0.9 m/min,焊接深宽比均超过2:1,其中6 mm钢板深宽比达到4:1.着重研究了激光焊接工艺,并对焊接试样进行了拉伸强度测试和过轧机实验.     

厚钢板激光焊接装置的研究

为满足激光厚板焊接对激光光束质量的要求,研制了多折非虚共焦非稳腔横流CO_2激光器以及厚钢板激光焊接装置。采用了外光桥、内光腔形式一级振荡,两级放大的非稳腔的光腔结构。多折非稳激光谐振腔结构可充分利用辉光放电区及其下游介质增益,获得足够大的高质量的激光功率输出。用有限元法,对该类型的激光谱振腔的特性进行了理论分析。分析结果表明,该多折非稳腔输出激光远场能量分布与多模激光能量分布相似,但非稳腔输出激光远场相位分布不存在180°跳变,因而能够将光束聚焦到厚板深透焊所需功率密度。焊接4mm的钢板,焊速超过了3.2m/min,深宽比大于2:1,焊接6mm钢板,焊速达2.1M/min以上,深宽比大于3:1,并可焊接8mm厚的钢板,通过试轧到0.3mm厚不断带,拉伸试验表明焊缝强度大于母材,说明焊缝具有良好的延展性和机械强度。     

激光透射焊接塑料实验研究

为了研究焊接参数(如激光功率、焊接速度)对激光透射焊接塑料强度以及显微结构的影响,采用YAG激光器(功率为300 W,波长为1064 nm)进行聚碳酸酯(PC)材料的激光透射焊接。然后,利用万能材料试验机对焊接后的试件进行拉伸测试,最后利用光学显微镜对焊缝进行微观结构观察,测量焊缝宽度,分析焊缝质量。结果表明,透明PC塑料厚度在1~3.5 mm之间,透射率变化不明显。随着激光能量输入从0.27 J/mm增加到1 J/mm,焊接强度增加;当激光能量输入超过1 J/mm后,焊接强度开始减小。当透明塑料厚度为3.5 mm、激光功率为40 W、焊接速度为40 mm/s时,拉断力可达到峰值1.3 kN。为了提高焊接强度,应严格控制激光能量输入。     

低熔点锌铝合金脉冲激光焊接工艺研究

研究了锌铝合金的脉冲激光焊接,讨论了焊缝中典型焊接缺陷的形成机理。通过光学显微镜研究了接头中的显微组织分布规律,并通过焊缝表面成形及拉伸试验评估了接头的力学性能。结果表明：在合适的工艺参数条件下可以获得良好的焊缝成形,接头的抗拉强度为105 MPa,可以达到母材的62%。焊缝区的主要组织为初生η相(白色枝晶组织)、β相(η相周围的块状组织)和(β＋η)共晶组织(片状组织)。     

激光焊接三明治结构T型接头的研究

本试验采用IPG YLS-5000型激光焊接系统,焊接舰船用高强钢907A三明治板。采用万能试验机、显微硬度仪、超景深三维数码显微镜以及扫描电镜,测定了T型焊接接头的拉脱力学性能、显微硬度、显微组织和断口形貌。结果表明,焊缝和热影响区的显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度在330~360HV0.2之间;焊缝组织为板条马氏体,热影响区组织主要为马氏体、残余奥氏体及少量析出碳化物;T型接头断口属于兼有韧性断裂和解理断裂的综合断裂;焊接速度和离焦量一定时,焊缝宽度和深度随激光功率的提高而增大;T型搭接接头的力学性能主要取决于搭接处的焊缝宽度,在当前工艺条件下进行3道次的激光焊,能保证腹板和面板的接合强度比母材的强度大。     

合金钢激光焊接的研究

就合金钢 35Cr Mo的机械特性研究了激光焊接中的机理及特性效应和最佳焊接工艺参数 ,指出影响激光焊接的主要因素。     

5083铝合金光纤激光填丝焊接工艺

5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题,采用5087焊丝作为填充材料,对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验,分析了影响焊缝成形的主要因素,并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明:与自熔焊相比,填丝焊工艺参数为功率6kW,焊接速度7.5m/min,送丝速度4.5m/min,光丝间距1.0mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷,获得成形饱满,组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304MPa,约为母材的88%,比自熔焊提高了6.17%左右;延伸率平均为5.43%,比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝,断口呈现典型的韧性断裂特征。     

8 mm厚不锈钢板的Nd∶YAG激光焊接

探讨了采用高功率Nd∶YAG连续激光器焊接 8mm厚不锈钢板的工艺方法及工艺参数。实验结果表明 ,用氮气作为保护气体 ,在激光功率 40 0 0W ,焊接速度 0 5m/min ,焦点位置在工件表面下 2mm处时 ,即使两块厚不锈钢板之间有 0 3mm间隙 ,且存在 0 8mm的高度差 ,仍可获得满意的焊接效果。焊缝的硬度是母材硬度的 2倍。     

不锈钢厚板万瓦级CO2激光焊接

采用20 kW CO2激光器对不锈钢厚板进行了焊接实验研究。发现激光束焦点位置在高功率输出时存在漂移,为简便地描述焊接位置,以聚焦镜中心与材料表面的距离h作为焊接位置的表征,研究了不同h时的焊缝成形及熔深变化情况。此外,万瓦级激光焊接对聚焦系统更加敏感,在聚焦镜焦距f=300 mm时不同焊接位置处的焊缝成形差别小,且熔深浅,深宽比小;在f=200 mm时不同焊接位置处焊缝成形变化明显。采用f=200 mm聚焦系统,在h＝208 mm、激光功率P＝18 kW、焊速v＝2 m/min时对12 mm厚1Cr18Ni9Ti实现了对接单道焊透,焊缝成形良好。结果表明:通过优化工艺参数,在不开坡口和未填充材料的情况下,采用20 kW CO2激光器可以实现12 mm不锈钢厚板的对接焊,焊缝成形良好、深宽比大、热影响区小,得到了较为理想的焊接接头。     

不等厚板双光束激光焊接研究

利用双光束激光焊接适应性好,焊接过程稳定等优点来改善单束激光焊接在不等厚板拼焊中的适应性,提高焊接质量.采用双光束激光对板厚为1.4mm和0.8mm的不等厚钢板进行拼焊试验.首先对不等厚板双光束激光焊接的熔化特性进行了研究.研究了光束能量比、光束作用位置和有效光束尺寸对焊缝成形的影响.对不等厚板双光束激光焊接的应力应变场进行分析研究,结果表明,不等厚板拼焊后的残余应力应变场分布不对称,薄板一边整体变形大于厚板一边.     

厚板高强钢激光填丝多层焊工艺

以16 mm厚低合金高强钢11CrNi3MnMoV为实验材料,研究了不同能量输入模式下厚板激光填丝多层焊的焊接工艺特性.设计了窄间隙坡口形式,实现了双光束激光填丝的单道多层焊.通过对比单、双光束填丝焊的焊缝成形特征,确定气孔、未熔合为高强钢厚板激光多层焊的主要缺陷,双光束可有效提高焊接稳定性、降低焊缝气孔,同时明显提高焊丝对中性能;辅助层间保温与热丝技术可有效解决未熔合与层间柬腰过小问题.双光束热丝焊的接头抗拉强度可达母材97%以上,为填丝多层焊的优选工艺.焊缝断口呈现为韧窝型剪切断裂.     

激光焊接时焊接模式转变规律及焊接过程稳定性的研究

在大功率激光焊接时．除了通常认为的稳定深熔焊和稳定热导焊外，作者发现在一定条件下还会出现第三种焊接过程──模式不稳定激光焊接，其基本特征是深熔焊和热导焊两种模式随机出现，熔深和熔宽相应地在大小两级跳变．综合研究了焦点位置、激光功率和焊接速度对激光焊接模式及焊缝成型的影响，得到了反映上述三种焊接过程的工艺参数范围的双Ｕ型激光焊接模式转变曲线。