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。     

激光深熔焊熔池及小孔的检测

激光深熔焊熔池-小孔包含丰富的反映熔深的信息.本文建立了基于视觉的熔池-小孔同轴检测系统,拍摄了不同焊接速度下熔池-小孔的清晰的图像,分析了熔池宽度、小孔直径随焊接速度的变化规律研究发现,小孔直径随焊接速度的增大先增加后减小,熔池宽度随焊接速度的增大而减小.     

大功率Nd:YAG激光深熔焊接过程中同轴辐射光的采集

同轴信息监测是一种直接对熔池和小孔进行监测的方法。本文介绍了激光深熔焊接过程中 ,同轴信号的采集原理和光路设计 ,利用同轴信息采集光路的激光焊接镜头采集了大功率Nd :YAG激光焊接过程中辐射的同轴光信号。对Q2 35钢激光深熔焊接过程中 ,从焊接熔池和等离子体中辐射的同轴光谱曲线是以连续谱为背景谱 ,当焊接参数的变化时 ,同轴辐射光的相对光强发生变化 ,而其与波长的对应关系没有变化。在激光深熔点焊过程中同时采集了同轴和水平辐射的光强信息 ,对比发现二者具有不同的峰值波长 ,并且在 5 5 0nm～ 5 80nm的波段内 ,二者的相对强度对比明显     

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。     

基于回归分析的钛合金T型接头激光焊接焊缝成形尺寸预测

利用光纤激光对TA15钛合金蒙皮网格结构进行焊接,采用同轴高速摄像监测方案对不同焊接参数下的熔池形貌进行图像采集与特征提取。结果表明,采取基于亮度特征的熔池边缘分段提取方法可以解决熔池图像前后亮度不均匀问题,提取准确的熔池边缘信息。熔池宽度和后拖角度与对T型接头焊缝结合面宽度具有强相关性,熔池长度、宽度、后拖角度与T型接头焊缝熔深具有强相关性。同时,建立了焊接工艺参数与焊缝成形的回归分析模型,并对焊缝成形尺寸进行预测,焊缝结合面宽度和熔深的平均预测误差分别为0.14 mm和0.10 mm。     

基于虚拟化云计算平台的激光密封焊接状态监控系统设计

熔池的几何特征参数,会在激光焊接过程中反映出焊接质量.激光焊接视觉系统可对熔池几何特征参数进行实时获取,对焊接质量监控及实现焊接自动化非常重要.健全了高功率光纤激光器深熔焊过程检测视觉系统,系统性分析图像处理算法,对熔池图片边缘进行有效提取,避免发生较大的干扰,实现熔池几何特征参数的准确在线测量.提出了一种运用熔池先验...     

激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究

分析了激光深熔焊接的小孔机制的数学模型。研究了焊接熔池的稳定性与金属蒸气压的关系及金属蒸气压与等离子体的关系。着重研究了激光焊接工艺参数(包括激光模式、功率、聚焦条件、焊接速度和辅助吹气)对焊接熔池行为的影响,最后,还研究了熔池行为与焊缝组织结构和缺陷(如气孔、裂纹等)的关系。     

非穿透激光焊等离子体光信号与熔深的关系

在一定工艺条件下,焊缝熔合面积随线能量的增加线性增长,而在激光功率与焊接速度二者之中,激光功率对熔深有更为显著的影响,焊接速度则对熔宽影响较大.400nm~600nm波段的等离子体光信号可以较好地反映非穿透激光深熔焊熔深的变化,其均方根值与熔深成严格的二次曲线关系,另外还分析了等离子体光信号与焊缝熔深之间内在联系.研究结果为非穿透激光深熔焊熔深的实时监测或预测提供了理论与实验依据.     

高功率光纤激光-TIG复合焊接实验研究

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验;通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态,并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律,并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明,高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%,且基本不受电流大小的影响,焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大;在一定热源间距范围,复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒,从而显著削弱羽辉对激光的影响。     

基于神经网络的宽带激光熔覆熔池特征参数预测

为了实现宽带激光熔覆熔池特征的准确预测,从 而对激光熔覆工艺过程进行实时监测、评价及反馈 控制。通过宽带激光熔覆全因素工艺试验采集熔池特征参数样本数据,采用遗传算法优化BP 神经网络的 初始权值和初始阈值,建立激光熔覆工艺参数(激光功率、粉末厚度、扫描速度)与熔池特 征参数之间的 BP神经网络预测模型。利用训练集数据对所建立的神经网络进行训练,形成输入与输出之间 的映射关系, 并利用测试集数据对网络进行测试。试验结果表明,宽带激光熔覆熔池特征参数神经网络预 测模型具有很 高的精度。该神经网络预测模型对激光熔覆过程监测及熔覆层质量控制具有重要意义。     

激光深熔焊熔池三维瞬态行为数值模拟

考虑熔池蒸气反冲压力、表面张力、热浮力等力学因素和熔池内、外部的对流、辐射等热学过程,采用沿深度方向衰减的旋转高斯体热源简化熔池对激光的吸收,采用流体体积法追踪气/液界面,采用液相体积分数法和焓-孔隙度法分别处理熔化凝固潜热及液-固糊状区的动量损失,建立了激光深熔焊接熔池的三维瞬态模型。运用该数学模型获得了不锈钢激光深熔焊接过程中熔池及小孔温度场和流场的瞬态变化。计算表明,熔池最高温度呈现线性增长、趋于平稳和小幅振荡三个阶段;小孔在焊接过程中呈现前倾和后倾两种姿态,且存在周期性振荡行为。计算得到的熔池形状和焊缝横截面的试验结果基本吻合,小孔振荡行为也从相关文献的实验结果中得到了验证。     

真空激光焊接焊缝成形及等离子体特征

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰,扩宽大功率激光焊接的应用范围,对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明,真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形,增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min时,真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现,在焊接速度较小时,环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下,较大的负离焦可以显著增加熔深,改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明,随着环境气压降低,等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加,焊缝成形改变的一个原因。     

熔滴填充位置对激光焊接熔池动态行为的影响

借助熔滴作用下的三维瞬态激光焊接热-流耦合有限元模型,对不同的熔滴填充位置下熔滴进入熔池过程的匙孔三维形貌、熔池金属流动特性进行研究。数值模拟计算结果表明,熔滴填充位置对激光焊接过程中匙孔三维形貌及熔池液态金属的流动行为的影响较大。当熔滴填充位置由0.5 mm增大到1.8 mm时,对匙孔三维形貌变化的影响减弱,熔池内部挤压匙孔前壁和后壁驱使匙孔闭合的流动趋势减弱而维持匙孔壁张开的流动趋势增强,匙孔底部液态金属流动速度的波动幅度减弱。     

细管径侧吹气体流量对光纤激光中厚板焊接的影响

在细管径侧吹气体的辅助下,对SUS 304不锈钢试样进行了光纤激光焊接,使用高速摄影设备配合背景激光光源对匙孔、熔池以及金属蒸气的行为进行了观察,并对焊缝熔深和焊缝成形进行了分析。结果表明:在激光功率、焊接速度、离焦量、喷嘴位置与角度等参数一定的情况下,焊缝熔深随着细管径侧吹气体流量的增大而增加。细管径侧吹气体可以明显打开匙孔并维持匙孔稳定性,并扩大熔池面积。气体流量大小对焊缝成形有较大影响。当无细管径侧吹气体时,飞溅较大,焊缝成形均匀;当气体流量较小时,飞溅较小,且焊缝成形均匀;当气流量过大时,飞溅较小,但焊缝成形较差。     

波长对激光-CMT复合焊熔滴过渡行为的影响

通过激光-CMT复合焊试验,研究了激光波长对熔滴过渡行为的影响。结果表明,激光通过改变熔池形态和加热焊丝影响了熔滴过渡过程,激光-CMT复合焊过程比CMT焊接过程稳定。CO_2激光对熔滴体积的影响较大,当CO_2激光功率较小时,激光可以促进熔滴过渡;当CO_2激光功率增大后激光会阻碍熔滴过渡。光纤激光对焊丝加热的作用较小,但可以增大熔滴过渡频率。CO_2激光和光纤激光等离子体温度均随激光功率的增大而升高,但CO_2激光等离子体呈团状喷发,而光纤激光等离子体几乎不喷发。     

基于光束跟踪的热源模型在激光焊接中的应用

为了研究激光深溶焊接过程中匙孔内自由壁面的变化及相应的温度分布,采用光束跟踪法,推导出了符合激光深熔焊接物理过程的热源模型。在建立的气、液、固3相统一的控制方程中使用该热源模型,通过流体容积法追踪匙孔自由液面,得出了匙孔的动态变化过程及相应的温度分布。结果表明,采用光束跟踪法热源模型计算出的熔池轮廓与激光熔焊接实验相符合。     

高功率光纤激光焊接羽辉对焊接过程的影响

采用IPG YLS-6000光纤激光进行平板焊接实验。利用高速摄像观测羽辉的形态,通过超音速横向气帘在不同高度处抑制羽辉的高度,并测量熔宽和熔深,研究羽辉对焊接过程的影响。结果表明高功率光纤激光焊接羽辉可分为两部分:小孔口波动部分和类似于激光束聚焦形态的狭长形部分。当超音速横向气帘在距焊接板面5mm高度处抑制羽辉上升后,焊接熔深和熔宽分别提高约20%和缩小约24%;焊接过程的稳定性和焊缝表面成形也得到了很大提高。进一步分析表明,羽辉对光纤焊接过程产生了显著影响,其本质是羽辉中存在的微粒对光纤激光产生了显著影响。     

光纤耦合半导体激光的焊接性能

为了拓展半导体激光器在激光加工领域的应用范围,使其能够应用到厚板金属材料的焊接中,采用了Laserline公司研制的LDF4000-40光纤耦合半导体激光焊接系统,研究了其厚板SUS304奥氏体不锈钢的焊接性能。实验结果表明,其厚板SUS304奥氏体不锈钢焊接过程中完全能够形成匙孔效应,具有较强的穿透能力;相比于同等工作条件下的光纤激光,其焊接熔深有所减小,而焊接熔宽有所增加;焊缝成型及焊接过程稳定性要优于光纤激光,飞溅量明显小于光纤激光。由此证实了光纤耦合半导体激光器完全可以用于厚板金属材料的焊接。     

热源角度对6A01铝合金激光-MIG复合焊成形及气孔的影响

采用激光-MIG复合焊接对轨道交通铝合金型材进行焊接研究,从焊接成形、气孔缺陷和熔池行为等方面研究了热源与焊接方向的夹角对于焊接特性的影响。结果表明,增大激光与焊接方向的夹角可使熔深、熔宽降低,当激光夹角从82.5°增加至110°时,熔深下降了50%,熔宽下降了25%,增大热源角度有利于焊缝中气孔逸出,当激光角度由82.5°增大至97.5°时,焊缝气孔率由3%下降至0%,增大电弧角度也有利于减少气孔。不同热源角度下熔滴过渡方式均为射滴过渡,增大激光和电弧与焊接方向的夹角会促使熔池变长。Fluent模拟结果说明热源夹角影响能量传播,增大激光角度会减弱能量向深度方向的传播,增大电弧角度会扩大其加热范围,进而增加熔池长度,提升熔池存在时间,有利于气孔排除。     

局部负压激光焊缝成形特点及其影响因素

真空激光焊接具有更大的熔深和更小的气孔敏感性,为了利用真空激光焊接的优点,同时消除真空室尺寸对工件大小的限制,设计了局部负压激光焊接方法。此方法将负压腔与激光焊接头固定,通过真空泵对负压腔快速抽气从而在焊接熔池上方形成负压环境,在此环境下进行了一系列的激光点焊试验和连续焊试验,并与相同焊接参数下的常压和常压带侧吹条件的焊缝进行对比。通过高速摄影分析了负压环境下的金属蒸汽羽烟特点和熔池行为。结果表明,点焊时负压环境下金属蒸汽羽烟抑制效果明显,焊缝熔深增加,除去凹坑深度的焊缝熔深相比常压侧吹最大可增加4.5mm。连续焊时熔池后方匙孔闭合,金属液向后堆叠,获得的焊缝成型良好,负压下焊缝熔深比常压侧吹条件下平均增加2mm。