工艺参数对铝合金CO2激光焊接光致等离子体温度的影响

利用Spectra Pro2500i瞬态光谱仪对6061铝合金CO2激光焊接光致等离子体的发光谱进行了测量,分析得到的200～600 nm范围内的MgI特征谱线,利用玻尔兹曼图法计算得到光致等离子体的平均温度.分别研究了激光功率、焊接速度、焦点位置、辅助气体等工艺参数对光致等离子体平均温度的影响,并对其原因进行了分析.在试验条件下,当激光功率超过材料深熔焊接阈值功率后,激光功率对光致等离子体温度的影响不大,约为6 000 K;焊接速度对光致等离子体温度的影响表现为"倒U形"曲线规律;对于一定内径的辅助气体喷嘴,等离子体温度随辅助气体流量呈现先增加后减小的趋势;在氦气中加入氩气会导致光致等离子体温度升高500～1 000 K左右.     

激光深熔焊接光致等离子体的控制

激光深熔焊接过程中，光致等离子体对激光能量有显著的屏蔽作用，严重影响了焊接质量，因此，对等离子体的控制技术成为研究的热点。本文在简要介绍等离子体形成、分类的基础上，系统归纳了国内外几种控制等离子体的方法，并对这几种方法进行了比较。其中，详细介绍了真空焊接法。     

利用光致等离子体声信号监测激光焊缝的熔透性

介绍了CO2 激光深熔焊接时 ,利用光致等离子体声信号来监测焊缝熔透性的一种方法。文中通过试验研究 ,获得了焊缝熔透性变化时 ,光致等离子体声信号的变化规律 ,从而建立了一种可正面监测焊缝熔透性的方法     

铝板的CO2激光焊接等离子体二维温度分布的测量

利用两个严格同步触发的高速相机,拍摄获取纯铝在CO2激光焊接过程中的等离子体在同一个方向上的二维投影。每个高速相机镜头前均加载了一定规格的滤波片,分别能允许宽度为4 nm、中心线分别为670和589 nm的谱线通过。这两条谱线分别是Al元素的一级和二级电离特征谱线。结合相机标定的原理,对两个特征谱线的二维投影图片进行配准,根据等离子体的热力学方程,使用双谱线比较法,得到了等离子体的二维温度分布。与传统的光谱方法相比,本文的方法可以获得二维温度场,从而可以从更加丰富的角度去分析等离子体的温度与侧吹气体流量等焊接参数的关系。     

钛合金激光焊接过程中等离子体光信号的检测与分析

通过试验的方法探讨了钛合金激光焊接过程中的等离子体光信号与焊接质量的关系，结果分析表明，钛合金的激光焊接过程比低碳钢产生更强烈的等离子体云，等离子体光信号可以较好地反映焊接过程的稳定性和焊接质量的变化。焊接质量良好时，等离子体光信号幅值在某一固定值上下波动，当改变焊接参数使焊接熔深或熔宽改变时，信号的平均幅值亦有明显改变；当较大间隙或错边存在时，等离子体光信号的平均值明显降低，但两种信号的特征不尽相同，前者造成等离子体光信号剧烈动荡而均值很低，而后者一定范围内，随着错边量增加，信号幅值逐渐减小。上述试验结果表明，可以用等离子体光信号的幅值高低和波动大小作为焊接质量实时监测和控制的特征信号。     

镀锌钢板的CO2激光焊焊接性

以裁焊板工业生产为背景，对汽车用镀锌钢板的CO2激光切割板坯的CO2激光焊焊接性进行了试验研究。对于不等厚和等厚的镀锌板拼接进行CO2激光焊接，在激光功率4000W时其焊接速度可达0．1m／s。对镀锌钢板激光切口拼接的激光焊接与铣口拼接的激光焊接的焊缝形貌和硬度进行了比较，它们产生的焊缝宽度在0．5-1．0mm范围，激光焊缝最大硬度比母材硬度高出1-1．5倍，激光焊接对激光切口拼接与铣口拼接两者都可获得等同的宏观焊接质量。     

铝合金CO2激光与TIG薄板焊接接头力学性能分析

对铝合金5A02薄板本身的力学性能、CO2激光焊接与TIG焊接两种焊接方法的铝合金薄板焊接接头的力学性能进行了测定,并对轧制方向与垂直轧制方向的力学性能进行了测定.另外采用系列加载试验对焊缝、母材的性能进行了研究.结果表明,材料的各向异性影响焊接接头的性能,焊接接头的力学性能与各个区域的性能存在一定的关系,为焊缝的表征提供了理论依据,为铝合金的汽车构件碰撞模拟提供局部力学性能的试验数据.     

CO2激光焊接TA15熔池红外光辐射信号与焊接参数的关系

以TA15钛合金为研究对象,采用自行研制的红外光辐射信号监测系统,研究了在激光焊接过程中红外光辐射信号的特征以及焊接热输入与熔池红外光辐射信号和焊缝熔宽的关系.结果表明,对于整条焊缝红外光辐射信号可明显分为三个阶段,分别对应焊接起始阶段、准稳态阶段和焊接收弧阶段;当热输入增加(功率不变焊接速度降低)时,焊缝熔宽变大,红外光辐射信号相对强度随之增强,熔宽与红外光辐射信号相对强度之间存在相同的变化规律,因此利用红外光辐射信号可以相当准确地监测焊接过程的熔池的变化,进而监测焊接过程的稳定性.     

TiO2活性剂对不锈钢激光焊接等离子体声发射效应的影响

针对不锈钢采用添加TiO₂活性剂进行活性脉冲激光焊接研究,通过实时检测焊接过程的结构负载声发射信号,研究了激光焊接过程等离子体信息的表征方法及其活性焊接机理.结果表明,添加TiO₂活性剂增强了材料对激光能量的吸收,增强了等离子体的能量及其对材料的传热,从而影响焊接过程传热效应,这是添加TiO₂活性剂的脉冲激光焊接熔深增加的主要机理.利用实时检测焊接过程中的等离子体声发射信号可以对活性脉冲激光焊接过程的等离子体变化行为进行检测和评估.由焊接过程中采集得到的等离子体声发射信号统计而来的振铃计数特征值,以及计算而来的RMS波形和相应信号的功率谱分布,均反映了活性剂的添加增强了激光焊接过程等离子在时频域上的活动.     

高强钢CO2激光-MAG复合焊接性能

为了研究CO₂激光-熔化极活性气体保护焊（MAG）复合焊接性能,采用CO₂激光和CO₂激光-MAG复合焊接590MPa级高强度钢,对其焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,激光-MAG复合焊接的焊缝金属中,MAG电弧作用区主要为珠光体和贝氏体,激光作用区主要为马氏体;激光-MAG复合焊接的焊缝金属中Mo和Mn合金元素的分布具有不均匀性;激光和激光-MAG复合焊接的试件焊接接头拉伸性能完全满足要求,焊缝强度高于基体强度;激光-电弧复合焊缝金属在-60℃～+15℃试验温度范围内的冲击韧性比激光焊缝金属高;激光-MAG复合焊接焊缝金属硬度在250～400 HV之间,高于基体金属的硬度.     

焊接工艺参数对镁合金CO2激光焊焊缝表面成形的影响

探讨了焊接工艺参数包括激光功率、焊接速度、正面和背面的保护气体流量对焊接工艺效果和接头成形的影响.结果表明,对AZ61和AZ31两种镁合金,激光功率的增大,焊缝正面和背面的熔宽都明显增大;而焊接速度的增大,焊缝正面和背面的熔宽明显减小.在同样的工艺参数情况下,AZ61的熔化效率比AZ31更高,获得的焊缝正面和背面熔宽更大.正面的保护气体流量大小对焊缝熔宽的影响较小,而背面保护气体流量对焊缝熔宽基本没有影响,但正面和背面气体流量主要影响到焊缝正反面的保护效果,影响到焊缝的表观.试验结果表明,在适当的工艺参数下,采用CO2激光焊接方法可以较好地实现不同厚度的AZ61和AZ31镁合金的焊接,而且焊缝成形良好,接头的力学性能优良.     

Molten pool and temperature field in CO2 laser welding

Two measuring methods, high-speed camera and optical monitoring system, were used to study processes of laser welding. Molten pool, cooling time and temperature field were analyzed based on real measured images and optical signal data. The results show that the width of molten pool is almost equal to the width of weld, and length is about 7. 8 mm. The solidification time is about 0. 5 s and the temperature gradient is great, so HAZ is very small. The method and results will be of benefit to build the relationship between welding parameters and microstructure.     

Pyroelectric sensor signals processing for early-warning generation in CO2 laser welding

Three different techniques were chosen for processing pyroelectric sensor signals that would provide early warnings of malfunctioning in the CO₂ laser welding. The corresponding algorithms were implemented using the mean, the root mean square and variance of a suitable number of digitized signal samples. Each pair of these algorithms was found complementary in reaching 100% success in the early individuation of the defects. The one based on the variance was more efficient than the other two in identifying the causes of malfunctioning. The processing times ranged from 20 μs to 200 ms, and the spatial resolutions varied from 18 μm to 0.5 mm.     

Role of side assisting gas on plasma and energy transmission during CO2 laser welding

In this paper, the effect of how the side assisting gas influences the laser-induced plasma and energy transmission in CO₂ laser welding is studied. Under different configurations of the side assisting gas, the optical emission and spectrum signals from the laser-induced plasma were obtained and compared. From signal analysis and evaluation of weld results, it shows that the application of side assisting gas greatly suppresses the laser-induced plasma and enhances the efficiency of laser energy transmission, which in turn results in a sound weld quality with full penetration. A physical model of plasma consisting of diffusive plasma and residual plasma was also proposed and validated to illustrate the role of side assisting gas. The results suggest that the diffusive plasma can be blown away by the side assisting gas. This observation provides a promising solution to increase the absorption rate and utilization efficiency of the laser energy during laser welding by diminishing the diffusive plasma through side assisting gas.     

AZ31镁合金CO2激光填丝焊工艺

采用CO2激光焊接试验系统,对AZ31镁合金的激光填丝焊工艺进行了研究.试验中采用AZ31焊丝作为填充金属,对各种焊接工艺参数的影响进行了较系统地研究,并获得了较好的工艺参数选择范围.焊后对典型的焊接接头的性能进行了研究,结果表明,在适当的填丝速率下,填丝焊工艺形成的焊缝成形更加美观,克服了不填丝焊接情况下焊缝的严重下塌问题.微观组织分析表明,焊接接头区域主要由细小的枝状晶组成,晶粒明显细化.焊接接头的显微硬度和抗拉强度都接近母材,说明获得的焊缝具有较好的力学性能.表明了CO2激光填丝焊工艺是实现AZ31镁合金焊接的有效方法.     

CO2激光-MAG电弧复合焊接保护气体的影响规律

保护气体是决定CO2激光-MAG(metal active gas)电弧复合焊接工艺稳定性、焊接熔深和接头质量的关键因素,但是相关的试验研究报道有限.对此,采用He-Ar和CO2-Ar混合气体在Q235钢板上进行了CO2激光-MAG电弧复合焊接工艺研究.结果表明,保护气体种类与配比对工艺和焊缝特征有明显的影响.He-Ar焊缝能够得到更大的焊接熔深和焊缝硬度.CO2-Ar中的CO2在高温下分解形成氧进入熔池后改变了表面张力系数,进而改变了熔池流动方向,导致在CO2≥30%后形成平整的焊缝余高,焊缝电弧区和激光区的过渡更加平滑.当CO2含量＞30%后,复合焊接工艺稳定性变差,焊缝硬度急剧降低.     

焊接工艺对压铸镁合金CO2激光焊缝气孔率的影响

研究了激光功率和焊接速度等焊接工艺参数对两种不同含气量的压铸镁合金激光焊气孔倾向(以气孔率为表征)的影响规律,并对气孔的防止措施进行了探索.结果表明,含气量较高的2 mm厚压铸镁合金激光焊气孔倾向大于含气量较低的5 mm厚压铸镁合金.两种厚度的压铸镁合金激光焊缝气孔率总体上均随着激光功率的升高及焊接速度的降低而升高.对...     

高速CO2焊电流波形控制系统

针对高速CO2焊焊缝成形差、飞溅大的问题,提出了一种新型的焊接电流波形控制方法,在短路阶段控制短路电流和电流上升率,在燃弧阶段采用大恒流 小恒流的两段恒流法来控制燃弧能量.根据该控制原理,设计了基于单片机控制的高速焊系统和控制软件.探讨了波控参数对焊缝成形的影响,并通过大量试验对波控参数进行优化.试验结果表明,该系统采用两段恒流控制法对电流波形实时控制,可精确控制燃弧能量,有效地改善焊接工艺性能,满足了高速CO2焊的控制要求.