焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响,进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响,并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明,电弧预熔丝激光焊过程中,熔池表面匙孔开口尺寸变化不大,匙孔较为稳定;激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近,焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比,电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入,与匙孔边缘的距离较远,匙孔稳定性较好,焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时,电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好;而激光填丝焊焊缝背面成形不连续,并且出现了未焊透的缺陷.     

激光焊接过程的熔池动态行为研究

文中首先采用高速摄像在线监测系统对激光自熔焊、激光填丝焊熔池动态行为进行分析，并对焊缝成形进行对比分析，进一步采用数值模拟的方法对激光自熔焊、激光填丝焊填充金属作用下的焊接熔池动态行为进行对比分析.研究结果表明，激光自熔焊匙孔壁后方熔池表面附近出现由匙孔开口处向熔池尾部流动的情况，在匙孔开口后方出现了金属隆起，金属的隆起尺寸较大，激光自熔焊焊缝成形较差，表面有凹坑出现.激光填丝焊匙孔壁后方熔池表面出现由匙孔开口处向熔池尾部流动的情况，但在其下方出现由熔池尾部回流向匙孔的流动，虽然也会产生焊接飞溅，但焊接飞溅的尺寸相对较小，而且由于液态金属的填充作用，焊缝表面不易出现下凹的缺陷，焊缝成形良好.与激光自熔焊相比，液态熔滴进入熔池后，匙孔壁后方的熔体流动速度波动程度明显增大.     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配.借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究.结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复...     

焊接熔池流体动力学行为的数值模拟和实验研究北大核心CSCD

在对激光焊接过程中匙孔壁面受力平衡状态和金属蒸发情况研究基础上,建立了随匙孔深度和形貌变化的自适应热源模型。采用Particle Level Set方法来跟踪熔池内的匙孔自由表面,对2A12合金和30CrMnSiA钢激光深熔焊过程进行了数值模拟,分析了材料性能和侧吹气体对熔池-匙孔内的温度场、流场和匙孔动态演化过程的影响。研究结果表明,相同工艺参数下热导率较小的材料,更容易形成深而窄的焊缝形貌。而侧吹气流气体的加入不仅能够改善熔池内流体的流动状态,而且能够显著地抑制焊缝中气孔产生。在此基础上,利用熔池动态监测技术对激光焊接中熔池的动态行为进行了实验观测,得到了熔池内匙孔颈缩、塌陷、闭合以及气泡的形成过程,进一步验证了模拟结果的合理性。在对不同侧吹气流下焊缝气孔检测和模拟结果分析的基础上,提出了增强焊接稳定性和降低气孔敏感性的新思路。     

铝合金激光-MIG复合填丝焊稳定性分析

通过与铝合金激光-MIG复合焊方法相对比,主要研究了铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形、熔深稳定性、余高稳定性、焊缝气孔率、激光匙孔特征、等离子体特征. 试验结果表明,在合适的工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊焊接过程稳定,焊缝成形良好,额外填入的焊丝可以连续稳定地过渡到熔池中,激光匙孔具有明显的形成、长大、湮灭周期性变化特征;相同工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝熔深稳定性、余高稳定性与激光-MIG复合焊相当,激光匙孔开口面积约增加15.34%,等离子体+电弧总面积约增加1.95%.     

焊接熔池流体动力学行为的数值模拟和实验研究

在对激光焊接过程中匙孔壁面受力平衡状态和金属蒸发情况研究基础上,建立了随匙孔深度和形貌变化的自适应热源模型。采用Particle Level Set方法来跟踪熔池内的匙孔自由表面,对2A12合金和30CrMnSiA钢激光深熔焊过程进行了数值模拟,分析了材料性能和侧吹气体对熔池-匙孔内的温度场、流场和匙孔动态演化过程的影响。研究结果表明,相同工艺参数下热导率较小的材料,更容易形成深而窄的焊缝形貌。而侧吹气流气体的加入不仅能够改善熔池内流体的流动状态,而且能够显著地抑制焊缝中气孔产生。在此基础上,利用熔池动态监测技术对激光焊接中熔池的动态行为进行了实验观测,得到了熔池内匙孔颈缩、塌陷、闭合以及气泡的形成过程,进一步验证了模拟结果的合理性。在对不同侧吹气流下焊缝气孔检测和模拟结果分析的基础上,提出了增强焊接稳定性和降低气孔敏感性的新思路。     

铝合金激光深熔焊气孔形成机理与控制技术

观察了铝合金激光深熔焊气孔的分布特征和形貌特征,深入分析了气孔的形成机理,研究了双光点能量分布的激光对铝合金激光深熔焊气孔的控制效果.结果表明,铝合金激光深熔焊焊缝中存在分布特征和形貌特征不同的两类气孔,即冶金类气孔和工艺类气孔.冶金类气孔的形成与氢在熔池中的析出、聚集与合并有关,而工艺类气孔产生的根本原因是焊接过程中匙孔的瞬间失稳.采用双光点能量分布的激光焊接铝合金可以扩大匙孔张口和根部直径,改善匙孔壁的波动状态,增强匙孔的稳定性,从而减少工艺类气孔的产生,但对冶金类气孔没有明显影响.     

铝合金激光焊接气孔缺陷形成及抑制机理

气孔是铝合金激光焊缝重要的缺陷形式,对焊缝力学性能具有较大的影响。综述了铝合金激光焊接中气孔缺陷的形成及抑制机理。氢气孔和由不稳定匙孔塌陷造成的气穴是铝合金气孔缺陷的两种主要类型。氢气孔的形成与熔池中氢的溶解度剧变密切相关,通过减少氢的进入量以及获得合适的熔池冷却速度可有效抑制氢气孔数量。匙孔的稳定性是影响气穴形成的主要因素,通过采取合适的工艺措施改善熔池流动行为、增大匙孔尺寸,可明显提高匙孔稳定性,减少气穴数量。     

激光-电弧复合焊接镁合金过程中匙孔行为与气孔形成的关系（英文）

在激光-电弧复合深熔焊接接头中,气孔是一种对焊接质量影响极大的焊接缺陷。本工作通过实验研究了激光-电弧复合焊接镁合金板过程中匙孔行为与气孔形成的关系。详细研究了激光脉冲对熔池的冲击作用,激光匙孔的动态行为以及焊接接头中的气孔形成规律。结果表明:激光脉冲对熔池的冲击作用有利于抑制气孔的形成,冲击作用的大小取决于给定的激光脉冲参数。激光匙孔的状态决定焊接熔池的行为,匙孔的几何尺寸和开/闭行为直接影响气孔的形成。较高的激光脉冲峰值功率会导致焊后气孔的出现。延长匙孔开口的闭合时间,可以给匙孔中的气体足够的时间逃逸,进而可以抑制残留性气孔的生成。     

铝合金液态填充焊的工艺特性分析

采用高速摄像和工艺试验相结合的方法分析了液态填充焊的影响因素,进行了焊接接头质量分析.结果表明,激光液态填充焊有两种填充模式:焊丝半熔态、焊丝全熔态.焊接电流较小时,焊丝为半熔态,液态填材顺焊丝流向熔池;焊接电流较大时,焊丝为全熔态,依靠间隙的毛细作用,能稳定的流入熔池中.随着焊接速度的提高匙孔距熔池边缘的距离变小.为了使液态填材稳定的过渡到熔池中,光丝间距应控制在-0.5~2.0 mm范围内.经过接头质量分析发现:与激光填丝焊相比,液态填充焊接焊缝中的气孔率明显降低.     

脉冲激光-电弧复合焊接镁合金过程中熔池行为与气孔产生的关系研究

激光-电弧复合焊接镁合金过程中气孔是一种重要缺陷。本文针对复合热源焊接过程中熔池行为和激光匙孔引起的气孔之间的关系进行了实验研究。研究中重点考查了激光脉冲对熔池的冲击作用,匙孔的动态行为以及气孔的形成规律。研究结果表明激光脉冲的参数决定其对液态熔池的冲击作用,较强的激光脉冲作用可以有效抑制气孔的形成;液态金属的行为主要有匙孔行为主导;匙孔的尺寸和开-闭状态直接影响焊后气孔的形成;过高的激光脉冲功率会导致焊后气孔的形成;匙孔开口维持时间越长,焊后气孔数量越少。     

7A05铝合金CO_2激光-MIG复合焊气孔形成及控制机理

采用CO_2激光-MIG复合焊对7A05铝合金进行了焊接工艺研究,研究了热源间距、焊接速度及MIG焊接电流对焊接气孔形成规律的影响。通过对焊缝进行X射线检测,进一步探讨了气孔的特征及其形成原因和控制方法。结果表明,焊缝中的气孔数量与板材的焊前处理状态、焊接保护效果及焊接工艺有着显著的联系。其中,冶金类气孔的形成机制是铝合金板材及焊接材料表面的水分分解出氢溶入到熔池中不能逸出,因而,通过加强焊前处理及减少熔池吸氢时间可有效控制冶金类气孔的形成;工艺类气孔的主要形成机制是激光深熔焊的"匙孔"坍塌,而通过优化激光-MIG复合焊接工艺及加强熔池背部保护也可较好地控制工艺类气孔的形成。     

双光束激光填丝焊工艺对铝合金焊接气孔率的影响

以LF6铝合金为材料,CO2激光为热源,开展了双光束激光填丝焊气孔特性分析.与单光束激光填丝焊及双光束自熔焊相比,双光束激光填丝焊能够抑制气孔的产生,尤其是并行双光束激光焊抑制气孔效果更明显.在此基础上进一步分析了保护气体成分和激光能量对焊接气孔率的影响.结果表明,采用氦气保护时,等离子体对激光的屏蔽作用小,能够稳定焊接过程;激光功率过大或者过小都会导致匙孔的不稳定,造成焊缝气孔率增加.     

气流辅助增强小孔激光焊的熔池小孔特征(英文)

气流辅助增强匙孔激光焊是采用单独一股气流直吹匙孔、使匙孔向下凹陷从而有效增加焊接熔深的新工艺方法。采用30 W的808nm激光主动光源,旁轴配置的高速摄像系统对气流辅助增强匙孔激光焊的熔池小孔特征进行了监测。焊接设备采用了激光最高功率为1.5 kW的板条型CO2气体激光器,对比研究了气流增强匙孔激光焊、传统激光焊的熔池和小孔特征。结果表明:气流的引入进一步压制了激光焊接等离子体,一定程度上增加了小孔的稳定性;气流增强匙孔激光焊的熔池更为狭长,熔池形状变得狭长,熔池更窄更长,熔池宽度减少约25%,熔池长度增加约48%;气流的引入增加了液态熔池的停留时间,有助于降低焊缝的冷裂倾向,有助于熔池中气泡和熔渣的浮出;由于较强气流的冷却作用致使熔池最高温度降低,因此辅助气流流量合适时不会引起焊缝晶粒的粗大。     

激光液态填充焊的填材熔化与过渡稳定性

针对激光填丝焊过程中焊丝对入射激光能量的反射、匙孔不稳定等问题,提出了激光液态填充焊方法,采用电弧提前预熔焊丝,让填材以液态方式流入熔池中.分析了激光液态填充焊的熔化、过渡模式,以及工艺参数对过渡模式的影响规律.结果表明,在电弧热作用下焊丝有液桥过渡和滴状过渡两种模式,焊接电流较小时,焊丝的上部熔化,下部依然保持固态,形成稳定的液桥过渡;焊接电流较大时,焊丝端部全部熔化易回缩成球为滴状过渡,过渡稳定性变差.为改善滴状过渡的稳定性,可依靠间隙的毛细作用稳定流入熔池中.激光液态填充焊可降低对匙孔的冲击,提高匙孔的稳定性.     

高速激光热丝钎焊表面成形质量的控制

高速激光钎焊会引起熔池流动紊乱导致焊缝成形质量恶化,从而限制了其在汽车制造领域的应用。通过正交试验研究了高速下激光功率、送丝角度等工艺参数对焊缝成形质量的影响,发现焊缝成形质量随激光功率增加和送丝角度减小而提升。激光功率是通过影响熔池获得的热输入,从而影响熔池表面扰动的铺展来影响焊缝成形质量的。送丝角度是通过影响焊丝送入熔池的位置,从而影响焊丝对熔池的扰动强度和扰动的铺展速度来影响焊缝成形质量的。采用正交试验获得的最优工艺参数组合进行试验,获得了表面光滑平整无缺陷的高质量焊缝,为激光钎焊在高速下的应用发展奠定了基础。     

高速激光热丝钎焊表面成形质量的控制

高速激光钎焊会引起熔池流动紊乱导致焊缝成形质量恶化,从而限制了其在汽车制造领域的应用。通过正交试验研究了高速下激光功率、送丝角度等工艺参数对焊缝成形质量的影响,发现焊缝成形质量随激光功率增加和送丝角度减小而提升。激光功率是通过影响熔池获得的热输入,从而影响熔池表面扰动的铺展来影响焊缝成形质量的。送丝角度是通过影响焊丝送入熔池的位置,从而影响焊丝对熔池的扰动强度和扰动的铺展速度来影响焊缝成形质量的。采用正交试验获得的最优工艺参数组合进行试验,获得了表面光滑平整无缺陷的高质量焊缝,为激光钎焊在高速下的应用发展奠定了基础。     

焊接工艺参数对低碳钢CO2激光深熔焊接气孔形成的影响

以低碳钢为研究对象,采用高功率CO₂激光焊接设备,通过抛切焊缝断面统计气孔数量,并观测焊缝中气孔位置和形貌,研究了非熔透性深熔焊接过程中保护气体流量、激光束倾角、激光功率及焊接速率等工艺参数对低碳钢激光焊接气孔形成规律的影响.结果表明,在低碳钢CO₂激光非熔透性深熔焊接过程中,气孔的形成主要源于焊接过程中匙孔的不稳定塌陷所形成的工艺型气孔,在熔池中气泡逸出熔池的速率低于熔池金属凝固速率的情况下会产生气孔.随着气体流量的增加,气孔数量呈现先增加后减少的过程,流量为35 L/min时气孔数量最少;随着激光束倾角的增加,气孔数量呈现先增加后减少的趋势,在满足较大熔深条件下,倾角22.5°时可以获得较少的气孔数量.激光功率为4 kW时气孔数量最少,在0.75 m/min的低焊速下气孔得到较好抑制.     

9%Ni钢窄间隙激光填丝焊工艺参数对焊缝成形的影响

采用Ni基合金焊丝对16 mm厚的9%Ni钢板材进行了窄间隙激光填丝焊接。采用正交试验分析了激光功率、离焦量和光丝间距等工艺参数对焊缝成形的影响,并揭示了焊接过程中激光能量在熔池、匙孔、金属蒸汽及填充金属的分配路径。结果表明,增大激光功率和激光直接作用于侧壁母材均有利于增大侧壁熔合比;在较大离焦量及较小激光功率下的热导焊模式有助于焊缝表面成型;焊接过程中匙孔的不稳定是焊缝表面起伏的主要原因。     

激光填丝焊焊丝熔入行为特征

采用高速摄像技术和工艺试验相结合的手段进行铝合金光纤激光填丝焊焊丝熔入行为及工艺特性研究.分析了焊丝熔入行为及其主要影响因素,研究了送丝方式与送丝角度对焊缝成形及焊接过程稳定性的影响.结果表明,依据光丝间距的不同,焊丝熔入行为可分为3种典型特征,铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡,其中液桥过渡最为理想;前置送丝焊丝熔化效率高,工艺窗口较宽;送丝角度影响焊丝吸收激光能量程度以及液态焊丝对液态熔池的冲击力的大小,随着送丝角度的增加焊缝背部熔宽有明显增加,而焊缝熔深基本不变.