Ti3Al-Nb金属间化合物CO2激光焊工艺

针对高Nb含量的Ti3Al-Nb基合金Ti-23Al-17Nb进行激光焊工艺研究,了解影响钛铝金属间化合物激光焊质量和焊缝成形的工艺因素。研究结果表明,2．5mm厚的Ti-23Al-17Nb合金采用大功率CO2激光焊不产生焊接裂纹,焊缝气孔是主要的焊接缺陷。采用合理的焊前表面处理工艺、全熔透焊接可获得无气孔的焊缝。在所研究条件下,合金具有良好的熔透性,部分熔透和临界熔透时焊缝截面呈钉头型,而稳定的全熔透焊缝则呈“沙漏”形,焊缝熔深并不是完全随焊接热输入的增大而增大,还取决于激光功率密度。接头显微硬度分布呈马鞍形,焊缝的硬度高于母材,近缝区出现峰值,接头的拉伸强度略低于母材。     

CO2激光焊接工艺对AZ31B变形镁合金焊缝表面成形的影响

采用3 kW的CO2激光器焊接4 mm厚的AZ31B变形镁合金板材,研究了气体保护方式和焊接工艺参数对焊缝表面成形的影响.试验结果表明,保护气流的方向和气流量对焊缝表面成形存在显著影响,当气流方向与焊接方向相反并与水平方向呈30°角、气流量为2 000 L/h时,焊缝的表面成形最为均匀平整.通过调整激光功率和焊接速度等工艺参数来改变焊接热输入,可以获得"未熔透"、"仅熔池透"、"适度熔透"和"过度熔透"等不同熔透状态和表面成形特点的焊缝,其中"适度熔透"状态的焊缝正、背面成形最均匀;在相同的焊接热输入条件下,强参数规范条件下获得的焊缝表面成形效果最佳.     

激光功率对TiB_2增强铝基复合材料焊接接头的影响

采用脉冲激光器对厚度为2 mm的Ti B2增强铝基复合材料进行了焊接性试验,分析激光功率对焊缝成形及组织的影响。结果表明:激光功率对焊缝成形的影响较大,随着激光功率的增加,脉冲激光焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接模式,焊缝的熔深和熔宽也随着增加,焊缝成形系数由4.19减小到0.997。当激光功率增大到5.5 k W时焊接材料被激光熔透。当激光功率为6 k W时,焊缝区域平均显微硬度值达到最大,为110.4 HV,远高于母材的硬度值,主要是由于焊缝区域弥散分布的Ti B2导致。在合适的激光功率作用下,可以获得成形良好的铝基复合材料激光焊接接头。     

常压/真空环境激光焊接焊缝成形特性及残余应力与变形对比

在高功率激光焊接中,采用增大激光功率的方法以获得更大熔深时,面临焊接过程稳定性差、焊接缺陷频发等问题,目前国内外普遍认为真空激光焊接是解决以上问题的有效手段. 文中采用工艺试验和数值模拟的方法,研究了常压和真空环境下中厚度全熔透激光焊接在焊缝成形及残余应力与变形分布的差异. 结果表明,降低环境压力可显著增加激光焊接熔透深度,真空环境可以将常压环境10 mm全熔透激光焊接所需激光功率从10 kW降低到6 kW,并获得更好的焊接质量. 常压环境和真空环境下,全熔透激光焊接工件展现出类似的横向残余应力、纵向残余应力和变形分布规律,但由于真空环境下热输入较低,焊缝深宽比大,焊后残余应力的峰值和变形程度均显著小于常压环境.     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

6010铝合金电阻步进缝焊温度场数值模拟

采用Abaqus软件对电阻步进缝焊连续3个焊点的温度场进行了数值模拟,研究了焊点成型过程中熔核区、热影响区、母材区和相邻焊点之间重叠区域的温度场变化特征以及前焊点对后焊点成型过程的影响规律,在此基础上进一步研究了焊接参数对焊点成型形状的影响。结果表明,焊接过程中焊点不同区域的温度场分布和温度变化趋势不一致,重叠区在焊接极短时间内温度梯度变化复杂;因前焊点的预热作用,后焊点的最高温度、熔核长度、重叠量以及熔深受前焊点的影响明显;加大焊接电流或延长通电时间在使熔深加大的同时可以获得成型形状更为平直的焊点,通电时间对熔深的影响大于焊接电流。     

铝合金脉冲激光焊Mg元素烧损行为及接头硬度分布

采用Nd:YAG脉冲激光对1mm厚5A05铝合金板进行焊接,结合激光焊物理过程,研究和分析了焊接工艺参数(脉冲能量、脉冲宽度、焊接速度和离焦量)对Mg元素烧损和焊缝熔深的影响,以及焊缝中Mg元素含量的变化和接头的硬度分布.结果表明,Mg元素烧损受熔池搅拌作用的影响,随搅拌作用增强和焊缝熔深的增加,焊缝中Mg元素烧损率减小;受Mg元素含量和冷却速度影响,焊接接头硬度在熔合线附近具有最大值,在焊缝中从表面到熔池底部硬度先减小再增大.     

激光焊接参数对冷作模具钢焊缝表面成形的影响

利用激光焊机在Cr13Mo1Si1V1冷作模具钢表面进行自熔焊接试验,探讨了脉冲激光焊接工艺参数对焊缝横断面形貌尺寸的影响.结果表明:随着激光脉冲能量的增大,焊缝熔深及表面宽度都明显增大;随着脉冲宽度的增大,熔深增长不明显,但表面宽度却明显减小;随着脉冲频率的提高,焊缝熔深及熔宽均减小;加大光斑直径会导致加热区域扩大,熔深减小.采用脉冲激光焊接该模具钢时,脉冲能量和光斑直径对熔深的影响较大;脉冲宽度对表面宽度的影响较明显;脉冲频率对焊缝横断面形貌尺寸的影响相对较小.     

焊接工艺参数对锆合金薄板YAG激光焊接气孔形成的影响及控制机理分析

以Zr-4和N18为研究对象,采用YAG激光焊接设备,通过抛切焊缝断面统计气孔数量,并观察焊缝中气孔位置和形貌,研究了非熔透性焊接过程中激光脉冲电流、脉冲宽度、离焦量等工艺参数以及脉冲激光调制对锆合金密集焊缝激光焊接气孔形成规律的影响。结果表明:在锆合金YAG激光非溶透性焊接过程中,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。在满足焊缝熔深1.0 mm的情况下,随着激光脉冲电流、脉冲宽度的增加,气孔出现的几率逐步增加;随着离焦量的增加,气孔出现的几率逐渐减小;相比未分段编程模式,采用分段编程、电流缓降、降低焊接速度的方式,使焊缝气孔率明显降低,气孔尺寸有效控制在0.5 mm以下。     

TC4钛合金激光叠焊成形及显微组织

研究TC4钛合金激光叠焊成形及焊缝显微组织特征,提出表征叠焊接头焊合程度的指标--焊合率ψ.研究结果表明:焊缝熔宽随着激光功率的升高和焊接速度的降低逐渐增加,上板焊缝熔宽大于下板焊缝,而连接焊缝处的熔宽最小;焊合率随着叠焊两板间间隙的增加或焊接线能量的升高而降低;焊缝组织为针状马氏体α'组成的"网篮"组织,上板焊缝中马氏体分布更密集;热影响区中存在少量细小马氏体组织,且呈梯度分布.由于马氏体的界面增强效应,使焊缝横向显微硬度沿焊缝中心向母材逐渐降低,且上板焊缝显微硬度略高于下板焊缝.     

6061-T6铝合金中厚板激光熔透焊接工艺研究

对6 mm厚6061-T6铝合金中厚板进行了高功率光纤激光焊接熔透试验研究,采用单一变量的方法,研究离焦量、焊接速度以及激光功率对激光焊接焊缝成形和焊缝质量的影响。利用显微硬度计和拉伸试验机等仪器测试了焊接接头的力学性能。通过分析试验结果,揭示了激光焊接工艺对其焊缝成形和焊缝质量的影响,采用形状因子对不同的焊接接头形状进行分类,研究其与工艺参数的相关性,讨论了不同形状焊接头的力学性能。结果表明:在保证熔透焊缝的前提下,不同的工艺参数对应的激光焊接接头形状不同,可以分为钉形焊缝、酒杯形焊缝与楔形焊缝。钉形焊缝的硬度平均达到69 HV,抗拉强度达到206.33 MPa,力学性能最好,楔形焊缝次之,酒杯形焊缝的力学性能最差。     

Ti2AlNb合金电子束熔透焊的数值模拟

采用热-弹-塑性有限元计算模拟了Ti2AlNb合金电子束焊的温度场和应力场。为了准确反映熔透型电子束焊接的特点,对旋转高斯曲面体热源模型进行了改进。研究结果表明:采用改进的热源模型能准确地模拟穿透型电子束焊焊缝横截面轮廓;残余应力的模拟结果与实验结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性;Ti2AlNb合金电子束焊后残余应力以纵向拉应力为主,且集中分布在距焊缝中心线3 mm的区域内;横向残余应力在表面附近区域呈压应力,内部呈拉应力,表面横向压应力是由焊缝纵向和厚度方向的收缩导致的;焊缝内部出现三向拉应力的状态。     

激光焊接声信号与熔深的相关性

激光焊接过程伴随着强烈的声信号,这些声信号中包含焊接过程的重要信息,反映了焊缝质量.以平板激光堆焊为研究对象,详细地分析了焊接过程声信号的特征.研究发现,声信号的强度和功率频谱分布与焊缝熔深具有良好的对应关系.声信号功率频谱主要集中在2～10kHz之间,并且具有明显的谱线族.随焊缝熔深的减小,声信号强度减弱,并且声信号频谱族由相对集中单一向分散多族化变化.以激光焊接过程产生的声信号特征作为传感信息,采用人工神经网络技术建立了声信号与焊缝熔深之间的关系模型.结果表明,该模型能够根据声信号特征定量地检测焊缝的熔深,为激光非熔透焊接熔深的实时检测提供一种有效的手段.     

激光焊接参数对不锈钢搭接焊缝性能的影响

激光焊接功率、离焦量是影响激光焊接质量的重要参数,为研究这几种焊接参数对部分熔透激光搭接焊缝成形及拉伸强度的影响,分别进行不同激光功率、离焦量的激光焊接试验,对比分析不同激光参数下,焊缝尺寸及宏观形貌与拉伸强度的变化规律。试验结果表明:随着激光功率的变化,焊缝熔深、熔宽均会发生变化,熔深对焊接参数的变化更加敏感,在一定范围内熔宽随参数的变化不大;随着离焦量由正变负,熔宽与熔深呈相似的变化趋势,激光焦点位于试板表面以下有利于获得更大熔深的焊缝;部分熔透激光焊缝当母材搭接表面位于熔宽稳定区间时,静拉伸强度主要由熔宽决定,并与熔宽呈正比例关系,与熔深关系不大。     

2219-T87高强铝合金复合超高频脉冲方波VP-GTAW焊缝成形特征

采用平板堆焊工艺进行2219-T87高强铝合金焊接,研究了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中超高频脉冲方波电流特征参数对焊缝熔透成形的影响.结果表明,在正极性有效电流保持基本一致(变化范围±5 A)条件下,与常规VP-GTAW电弧焊接相比,超高频脉冲方波电流的加入可提高2219-T87铝合金焊缝的熔透率,焊缝熔透率增加20%以上;脉冲电流频率对焊缝熔透率有明显影响;在一定范围内增加脉冲电流幅值,减小占空比,可显著提高焊缝熔透率,脉冲电流幅值100 A和占空比20%时,焊缝熔透率增加75%以上.     

基于小波频带能的脉冲VPPA焊接熔透特征信息提取

焊缝熔透状态的监控对焊接过程质量控制和自动化生产的实现具有重要的意义。建立脉冲VPPA焊接系统,对脉冲VPPA焊接不同熔透状态的电弧电压进行小波分解,将其分解到不同频带,进行频带能量的计算,提取了与频带能量对应的熔透状态特征信息。研究结果表明：脉冲VPPA焊接电弧电压高频频带能量能够很好地反映焊缝熔透状态,当焊缝熔透状态发生变化时频带能量值产生突变,可作为脉冲VPPA焊接过程在线检测量,为脉冲VPPA焊接熔透实时控制提供一种新方法。     

激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——I．表征激光作用的体积热源分布模式

为了建立激光＋GMAW电弧复合焊接的体积热源作用模式,根据激光深熔焊接的焊缝形状特征,分析了激光焊接的热源作用特点,提出了4类新的体积热源分布函数．建立了激光焊接温度场的数值分析模型,计算出了4类体积热源模式下的激光焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比．发现提出的4类体积热源模式能够较好地对激光焊接过程中激光热源对焊缝成形的作用进行表征,是恰当的和适用的．     

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅰ.表征激光作用的体积热源分布模式

为了建立激光 GMAW电弧复合焊接的体积热源作用模式,根据激光深熔焊接的焊缝形状特征,分析了激光焊接的热源作用特点,提出了4类新的体积热源分布函数.建立了激光焊接温度场的数值分析模型,计算出了4类体积热源模式下的激光焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比.发现提出的4类体积热源模式能够较好地对激光焊接过程中激光热源对焊缝成形的作用进行表征,是恰当的和适用的.     

激光功率对304不锈钢圆管焊缝成形及显微组织影响

采用光纤激光器进行了1. 5 mm壁厚304不锈钢圆管的对接焊接。研究了激光功率对焊缝成型和组织的影响。通过对焊缝表面、截面形貌和组织分析,得到了较好的焊接工艺参数。结果表明,当激光功率为2400 W时,焊缝成型良好,焊缝焊透。焊缝组织为典型的激光重熔后凝固组织,热影响区窄。     

大厚度船用高强钢激光-电弧复合焊技术研究

为实现大厚度高强钢全熔透单道对接焊,针对厚度20mm的AH32船用高强钢,采用15kW大功率CO_2激光进行激光-电弧复合焊接.分析了工件坡口、焊接速度、送丝速度、离焦量、装配间隙等规范参数对焊缝成型影响;通过金相观察以及显微硬度测定分析了接头组织性能.结果表明:通过激光功率等焊接规范匹配,激光-电弧复合焊接能实现20mm厚板的全熔透单道对接;钝边为8mm的Y形坡口有助于提高厚板激光-电弧复合焊缝熔透能力;降低焊接速度有利于提高熔深能力;工件厚度较大时,装配间隙对焊缝熔深能力的影响较为显著;接头硬度表明厚板激光复合焊焊缝纵向热循环模式存在较大差异.