激光深熔焊接小孔效应的传热性研究

激光焊接由于其焊缝深宽比高、热影响区小以及高的焊接速度而在工业上得到越来越广泛的应用。激光深熔焊接的本质特征就是存在着小孔效应。采用高速摄影的方法清晰、完整地观测了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔，实验研究了离焦量、焊接速度对小孔和熔池形状、尺寸的影响。在分层假设的基础上建立了激光深熔焊接小孔效应的传热模型，并根据观测到的小孔形状和尺寸，用有限元法计算了小孔周围的温度场和流场。实验与模拟计算结果表明，小孔前沿的温度梯度比后沿的大；焊接熔池中的最大对流速度达到了焊接速度的10倍左右；小孔形状和尺寸的实验观测为系统研究激光深熔焊接时的小孔效应提供了一种新的方法。     

外加磁场对激光焊接熔深的影响

研究了外加磁场对激光焊接熔深的影响,结果表明,外加磁场对熔深存在一个最佳值,外加磁场达到该最佳值时,激光焊接熔深大大增加,当外加磁场过强或过弱时,熔深都有显著下降。     

激光深熔焊接小孔孔内等离子体的实验研究

激光深熔焊接时伴随着高电量等离子体的产生。位于小孔上方的等离子体叫做等离子体云 ,而存在于小孔内部的等离子体则称为孔内等离子。本文设计了能直接观测小孔孔内等离子体光发射的实验 ,即用高功率激光焊接夹持铝膜的两片GG17玻璃 ,完全避免了孔外等离子体云对小孔内部孔内等离子体观测的影响。结果表明 ,小孔孔内的孔内等离子体对激光与工件材料的能量耦合有着重要的影响 ,具体表现为焊接深度和焊接宽度的变化 ;当减少两片GG17玻璃所夹持铝膜的厚度 ,即模拟降低小孔孔内等离子体的浓度时 ,可以得到更深的焊接深度 ,此时小孔孔内等离子体的温度相对较低。这就为定量研究小孔孔内等离子体提供了一种新的方法和手段。     

粉末冶金材料激光深熔焊接工艺研究

用LSM 2 40全自动SLAB激光焊接机对Fe基、Ni基、Co基3种粉末材料进行焊接实验。研究了焦点位置、焊接速度、焊接线能量对粉末材料激光焊接焊缝质量的影响。结果表明,Ni对离焦量最敏感。并得到了焊接熔深H与输入线能量W的数学表达式。     

激光深熔焊接阈值表征及特性

采用CO2和Nd∶YAG激光器焊接A3钢,结合高速摄像和光谱分析,研究激光深熔焊接阈值的表征及特性。结果表明,以激光功率与光斑直径之比作为深熔焊接阈值的表征参量,深熔焊接阈值与光斑大小无关;而临界功率密度随光斑尺寸不同而变化。YAG激光焊接模式转变阈值明显大于材料蒸发的阈值,在模式转变前的热导焊接阶段,金属材料已出现显著蒸发,而焊接模式转变后,蒸气羽辉的光谱保持不变。CO2激光焊接模式转变前,金属仅发生微弱的蒸发。深熔焊接时,蒸发显著加强,且蒸气部分电离。分析表明,CO2激光焊接时,蒸气电离形成等离子体,增加金属对激光的吸收,促进深熔焊接过程的建立。     

关于CO2激光深熔焊接的临界功率密度

采用ＣＯ_２激光焊接１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ，激光深熔焊接的临界平均功率密度不仅随光斑大小而变化，而且与功率密度分布有关，而光斑内的最高功率密度却基本相同，提示应以光斑内的最高功率密度作为描述激光深熔焊接临界功率密度的依据。     

激光深熔焊接过程中小孔行为的研究进展

从试验研究和数值模拟研究两个方面介绍了激光深熔焊接过程中小孔行为的国内外研究现状。x射线透射成像和高速摄影相结合的方法迄今为止仍然是研究激光深熔焊接过程中小孔行为最有效的方法。多激光束焊接、复合激光焊以及辅助气流等方法被用于改善激光焊接过程中小孔的稳定性。目前具有代表性的动态小孔模型有三类,分别是认为激光焊小孔形成机理与激光打孔相同的动态小孔模型,基于流体体积法（VOF）的动态小孔模型和基于等值面法（Level Set的动态小孔模型。对三类模型进行了比较分析,并指出基于高精度运动界面追踪方法来追踪汽／液界面的动态小孔模型将是今后发展的趋势。     

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。     

高强度镀锌钢板激光焊接接头的耐蚀性研究

热浸镀锌层是汽车车身用高强度镀锌钢板具有良好的耐蚀性能的保证。激光焊接高强度镀锌钢板时，镀锌层不可避免的遭到烧损。采用浓度为3%的盐水，对不同激光工艺参数的焊接件进行了腐蚀试验。研究结果表明，在不同工艺参数的条件下，激光焊接高强度镀锌钢板接头的腐蚀速度不同，但平均速度与母材的腐蚀速度大体相当。     

材料热变形对激光深熔焊焊缝表面突起影响的研究

研究了热变形对激光深熔焊焊缝表面形状的影响。从热变形的角度定性分析了焊缝表面突起的形成过程。用５ｋＷＣＯ２激光器进行对照焊接实验，实验结果与理论分析基本符合     

深熔激光焊建模方法的研究进展

介绍了国内外近年来对于深熔光焊接过程建立数学模型的进展,并探讨了其研究的前景和发展。重点讨论了光致等离子体,小孔的作用机制及其对妆过程的影响;人工神经网络方法在深熔激光焊数学模型中的应用。     

深熔激光焊建模方法的研究进展

介绍近年来深熔激光焊接过程数学模型的进展。重点讨论光致等离子体、小孔的作用机制及其对焊接过程的影响 ;人工神经网络方法在深熔激光焊数学模型中的应用     

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。     

激光深熔焊等离子体的高速摄像实验研究

采用高速摄像方法,观测了低碳钢激光深熔焊过程中的等离子体形态;就激光焦点位置对等离子体的影响进行了实验研究.得到不同焊接模式下的等离子体的形态,从而验证了等离子体光信号随焦点位置改变而呈U型曲线变化的规律.     

激光深熔焊接过程中的光致等离子体行为特征模拟

采用Level-set方法模拟了激光深熔焊接过程中光致等离子体的动态形成过程, 研究了等离子体形态、温度、孔内压强、气体流速等行为特征。结果表明: 在2.2 ms时刻等离子体的最高温度达到4 300 K,孔内的最大压强为4×105 Pa, 等离子体在小孔径向的最大流速为60 m/s, 最大流速位于等离子体中心处且接近孔底的位置, 且等离子体沿小孔轴线方向与径向方向的流速下降。考虑等离子体对激光能量吸收比未考虑等离子体对激光能量吸收时孔内功率密度降低了12.5%。研究结果将为激光深熔焊接过程中等离子体的机理研究和模拟研究提供理论依据。     

激光深熔焊小孔型气孔的产生及其防治

小孔型气孔的产生是未穿透激光深熔焊的一个严重问题，它是由剧烈的小孔扰动所导致的，与传统冶金型气孔(H2或CO气孔等)的产生机制不同，采用传统冶金型气孔抑制措施无法有效消除该类气孔的产生。针对3～5 mm薄板的CO2激光深熔焊接，研究了脉冲调制对气孔的抑制效果及其机制。实验发现，脉冲频率低于50 Hz时，焊缝气孔随着频率的增加不断减少;当脉冲频率处于50～150 Hz的范围内，基本上可以消除小孔型气孔的产生。通过检测激光焊接过程中等离子体光辐射信号的波动可以反映小孔的稳定性，结果证明，合适频率下的脉冲调制激光焊接，由于有稳定小孔的作用，从而抑制了小孔型气孔的产生。     

激光深熔焊焊缝的熔透性监测研究

随着激光焊接在国防工业中的应用越来越广泛，焊接质量的监测和控制逐步成为一项重要的研究内容，而焊缝的熔透性控制是其中最重要的参数之一，特别对于一些密封件而言。通过对伴随激光深熔焊接所存在的光致等离子体的蓝紫光信号相对强度的监测，以判断焊缝的熔透性。利用信号监测系统，在焊接时采集光致等离子体蓝紫光的强度作为原始分析信号，通过对数据的分析和处理，以及大量的实验结果与数据分析结果的对比，寻求信号与焊缝熔透性的关系。研究结果表明，焊缝的熔透性与光致等离子体光信号的累积强度有对应关系，当焊缝全部熔透时，光信号稳定性非常好，而一旦焊缝处于未熔透或熔透性差时，光信号会产生极大的波动。