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。     

高功率光纤激光深熔焊接小孔特征直接观测

为了进一步解决深熔焊接小孔难以进行观测的问题,本文通过“三明治”的方法,从而针对10kW光纤激光深熔焊接小孔进行了非常明显的观测,从而观察到在激光深熔焊接的小孔内部以及孔壁出现液体流动的现象.对于小孔前沿壁上面的液体流动的“台阶”以及伴随着流动物理学和蒸汽现象进行同步观察之后,进一步发现了金属微滴脱离小孔壁的整个过程以及产生蒸汽爆发的现象.     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

CO2激光-TIG复合焊接气体的保护方式

保护气体组成及其保护方式是决定CO2激光-钨极氩弧焊(TIG)电弧复合焊接工艺稳定性和激光、电弧两种热源能否有效耦合并取得增强的焊接熔深的关键原因。为此,采用不同的气体保护方式在316L不锈钢板上进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接实验。结果表明,只有在合理的气体保护方式下才能取得增强的焊接结果,其中气体保护方式对激光等离子体和电弧等离子体相互作用程度的影响是决定能否有效耦合的关键因素。单独TIG焊炬保护不能保证激光和电弧的有效耦合,TIG焊炬加旁轴喷嘴的方式只能在较窄的参数范围内获得有效耦合,而TIG焊炬加同轴喷嘴的保护方式则在较宽的范围内都能保证两种热源的有效耦合。     

高功率CO_2激光深穿透焊接的研究

本文采用3～5kW(低阶模3～4kW)高功率CO_2激光束对18CrMnTi低合金钢进行了深穿透焊接的研究,焊缝深宽比接近2,焊接穿透深度达到5.5mm以上,对影响激光深穿透焊接效果的各种焊接工艺参数进行了研究。找到克服激光焊缝区缺陷的一些有效措施。     

高功率光纤激光焊接的研究进展

光纤激光焊接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学者的重视。详细讨论了高功率光纤激光焊接低碳钢及低合金钢、不锈钢、高强钢、铝合金、镁合金、钛合金等材料的研究现状,分析了高功率光纤激光焊接的特点,最后总结了高功率光纤激光焊接研究进展,并提出了研究的方向。     

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。     

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。     

脉冲激光焊接钛合金薄板的熔池深度预测

激光焊接过程产生的焊斑熔深直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂,影响因素众多,许多参数难以量化。以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。通过声波频谱减法对采样的声频信号进行降噪处理,并分析了声频信号的时域和频域特征,找到了声频信号和焊斑熔深的关系。采用径向基函数神经网络对钛合金薄板焊接过程的焊斑熔深进行预测。神经网络以声压强偏差、频带功率、激光功率和焊接速度作为输入。实验证明,在不同激光功率下该方法可准确预测焊斑熔深。     

双面超薄不锈钢复合板激光焊接接头组织性能研究

以高Cr、Ni合金粉为填加材料,采用Nd∶YAG脉冲激光对0.1 mm+0.8 mm+0.1 mm双面超薄不锈钢复合板进行对接焊,对焊接接头的组织、抗拉强度、焊缝区显微硬度以及焊缝表面耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,激光焊接的表面成形性好、变形小、无缺陷,焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好;焊缝中心为晶粒取向不规律的细小等轴晶,其他区域为柱状晶,几乎看不到热影响区,焊缝表面为奥氏体+少量铁素体+少量马氏体组织;焊接接头的抗拉强度达到了母材的92%,伸长率为母材的25%;焊缝区显微硬度与母材相比有显著提高;不锈钢复合板焊缝表面和母材覆层抗电化学腐蚀性能接近。     

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。     

车用双相钢激光焊接接头组织性能研究

为提高汽车车身用双相(DP)钢焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,利用脉冲Nd:YAG激光器,对DP600进行激光对接焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、材料拉伸试验机等分析测试手段,研究了焊接接头的显微组织和高应变速率下的拉伸性能。结果表明,在合适的脉冲激光焊接参数下,DP600钢板可获得成形均匀的激光深熔焊缝。焊接接头的焊缝区(WZ)主要为马氏体组织,硬度高于母材;热影响区(HAZ)较窄但存在马氏体回火软化现象。焊接接头力学性能对应变速率较为敏感,随应变速率的增加,屈服强度和抗拉强度增加,而塑性均小于母材。不同应变速率下DP600对接焊拉伸断口均为韧窝形貌,呈典型的韧性断裂特征。     

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.     

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。     

QP1180高强钢薄板激光焊接接头的组织与成形性能

在不同焊接参数下对QP1180高强钢薄板进行激光焊接试验,对接头的显微组织、显微硬度、拉伸性能及杯突成形性能进行了分析。研究结果表明:在热影响区的回火区(软化区)形成了回火马氏体组织,导致该区存在明显的软化;提高焊接速度和降低热输入可显著降低软化程度;软化区受到两侧强体的约束而得以强化,导致拉伸后最终断裂在母材处,强度与母材相当;提高焊接速度和增加焊缝偏移可显著提高杯突值,高焊接速度下的焊板垂直于焊缝开裂,具有高杯突值,低焊接速度下的焊板沿软化区平行于焊缝开裂,具有低的杯突值;随着焊缝偏移的增大,杯突值增大,偏移至30 mm时,杯突值达到母材水平。     

高温合金/不锈钢异种材料T型接头激光穿透焊工艺研究

针对飞行器发动机水冷壁结构,进行了GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊试验,主要研究了焊接参数对焊缝成形和焊接裂纹的影响规律,分析了焊接裂纹形成原因,得到了较合理的焊接工艺区间。结果表明,对于GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊,连续焊比脉冲焊更易实现稳定焊接,获得良好焊缝成形。焊接裂纹是接头主要缺陷裂纹都在高温合金一侧产生,控制激光功率、保证对中可降低裂纹产生概率。焊接接头的另一种缺陷是表面下塌,保证间隙小于0.2mm可抑制下塌缺陷的产生。对由41条焊缝组成的模拟件进行了10MPa,5min水压测试,每条焊缝都满足要求。     

船用钢板大功率CO2激光深熔焊等离子体研究

焊接过程中产生的等离子体是激光深熔焊的固有现象，它通过对激光能量的吸收、折射、反射等降低到达小孔的激光能量密度，影响激光与工件相互作用。使用微距高速摄影系统，研究了大功率CO2激光焊接不同功率和不同侧吹气体流量下等离子体的形态和尺寸的变化规律。在相同条件下，激光功率越大，等离子体的尺寸越大，而且越不稳定，容易出现激光维持的燃烧(LSC)波，严重影响焊接过程的稳定性。而通过增加侧吹气体的流量，可以有效抑制LSC波的产生，并且减小等离子体的尺寸，增加焊缝熔深。     

光纤激光及CO_2激光焊接高强钢

为了比较光纤激光及CO2激光焊接特性,采用2 kW光纤激光器及2.4 kW CO2激光器对590 MPa高强钢板进行焊接试验,通过改变离焦量及焊接速度等焊接参数,研究了两种焊接方法的熔深变化情况。结果表明,当焊接速度和输出功率相同时,光纤激光与CO2激光焊接相比可获得更大的熔深;在负离焦条件下,离焦量在焦深以内时可使熔深增大;功率一定时,熔深随着焊接速度的增加而减小,但是CO2激光焊接的熔深减小比率大于光纤激光焊接。