钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。     

激光焊匙孔与飞溅形态分析方法

在大功率盘形激光焊接过程中,匙孔与飞溅形态和焊接质量以及焊接过程稳定性有密切联系。以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外波段高速摄像机摄取焊接过程中熔池动态热像,紫外波段和可见光波段高速摄像机摄取飞溅瞬态图像。通过计算机图像处理技术分析飞溅数量、面积与匙孔面积、质心特征参量,并与焊缝宽度的变化对比,探索匙孔与飞溅形态的波动规律。试验结果表明,匙孔和飞溅特征量变化规律有紧密关联,并能够对大功率盘形激光焊接304不锈钢板焊接质量的在线监控提供了试验依据。     

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。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形（I）

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响，同时对比研究了CO2激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明，在穿透焊条件下，CO2激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大，焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时，YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数，可以对焊缝成形进行有效控制，提高焊接接头质量。     

大功率光纤激光焊匙孔形态频域分析

匙孔是激光焊接熔池形态的一个重要特征,与焊接的质量和焊接的状态有着密切的关系。本文以10kW大功率光纤激光焊接304不锈钢板为试验对象,应用近红外高速摄像机摄取焊接过程中的熔池图像,以匙孔面积和匙孔宽度作为匙孔形态特征参数,激光束与焊缝中心的偏差来反映焊接的稳定性。在频域内运用高斯高通滤波、高频加强滤波、灰度阈值分割、Canny边缘检测等方法获取匙孔特征参数。通过分析匙孔特征参数的变化,发现匙孔形态与焊接状态之间存在联系。试验结果表明,匙孔面积和匙孔宽度参数可有效反映大功率光纤激光焊接过程的稳定性。     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控（英文）

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧(GTA)混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为:激光激励电流电弧电流激光脉冲宽度激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为:电弧电流激光脉冲宽度或激光激励电流激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。     

大功率光纤激光焊焊缝偏差检测方法

在大功率激光焊接过程中,准确提取焊缝偏差是实现焊缝跟踪和保证焊接质量的前提。本文以10kW大功率光纤激光焊接304不锈钢板为试验对象,采用近红外高速摄像机获取焊接区域熔池动态热像,以匙孔最下端、最左端和最右端位置处的列坐标为匙孔形变参数,运用中值滤波、灰度拉伸、阈值分割、边缘提取等图像处理和识别算法,获取激光束偏离和对中焊缝时的匙孔形变参数,进而求得焊缝偏差。试验结果表明,熔池匙孔形变参数与焊缝偏差之间有密切关系。     

辅助增强匙孔气流对激光焊接不锈钢组织和显微硬度的影响

以HR-2抗氢钢为试验材料,利用板条型CO2连续激光器,采用喷嘴在前、入射角为60°的匙孔增强气流,进行了不同参数下的激光焊接试验.结果表明,在气流辅助增强匙孔激光焊中,匙孔气喷嘴在前的布局对熔池扰动小,能获得较好的焊缝成形;与传统激光焊接相比,熔深增加、熔宽明显减小,焊缝形状呈葫芦型,这是匙孔气流压制等离子体、使匙孔向底部凹陷的结果;从焊缝组织来看,增强激光焊焊缝的柱状晶较短小,焊缝中心呈现等轴晶形态,属于FA的不锈钢凝固模式.与传统激光焊不同,气流辅助增强匙孔激光焊的焊缝、热影响区显微硬度与母材相当,这可能是引入的增强匙孔气流改善了焊缝金属的冷却条件,更少铁素体析出的结果.     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。     

不锈钢薄板T形接头激光穿透焊工艺

采用YLS-6000型激光焊接系统对304不锈钢进行穿透焊,研究激光功率和离焦量对T形接头焊缝成形、显微组织和显微硬度的影响.结果表明,随着激光功率的增加,焊缝的熔深、熔宽和搭接处焊缝宽度都增大;焊缝搭接处焊缝宽度在离焦量为-2 mm时达到最大,同时考虑深宽比,离焦量为0 mm时焊缝成形较好;焊缝区组织为以奥氏体柱状晶...     

激光-电弧复合焊接过程中等离子体的耦合行为

激光-电弧复合热源可以形成3种焊缝横截面的形貌,根据焊接参数对焊缝横截面形貌的影响建立了激光和电弧等离子体相互作用的物理机制.通过考察复合焊接过程中电弧等离子体中原子分布状态、电弧辐射光谱信息以及激光"匙孔"的行为对机制进行了验证.结果表明,激光对电弧等离子体的作用是通过激光形成的"匙孔"及其内部等离子体实现的,在适当参数下,电弧等离子体弧柱会进入激光"匙孔"内部,并与"匙孔"等离子体发生耦合放电,最终形成复合等离子体.电弧等离子体和"匙孔"等离子体的耦合作用有利于提高热源的能量密度.     

基于同轴视觉传感的激光穿透焊接焊缝尺寸检测

利用CMOS同轴视觉传感系统,通过分析匙孔和熔池区域光辐射的特征,对Nd:YAG激光深熔焊接的焊缝形态进行了检测.结果表明,在匙孔穿透型激光深熔焊接中,匙孔在工件背面穿透将导致光辐射衰减区域的出现,衰减区域的尺寸和光辐射衰减的程度均随着焊接速度的增加而减小,且相对于匙孔的前沿,其位置向熔池的后方移动.通过分析匙孔区域的光辐射衰减程度和匙孔前壁角度的变化,将光辐射分布的特征与焊缝的尺寸结合起来,建立了两者之间的对应关系,从而实现了焊缝尺寸的检测.     

不锈钢薄板激光焊接工艺研究

针对不锈钢薄板的激光焊接进行了研究,分析了激光工艺参数对超薄不锈钢板焊接质量的影响。结果表明,对于不锈钢薄板激光焊接,脉冲工作电流和脉冲宽度对焊缝成形影响很大。在合适的工艺参数下,超薄不锈钢薄板焊缝成形良好,焊接接头基本与母材等强。     

电子束非穿透焊接匙孔行为数值模拟及气孔抑制方法

针对航空发动机常用非穿透焊锁底接头电子束深熔焊易出现气孔缺陷的现象,建立了一个可描述电子束焊接过程瞬态匙孔和熔池动力学的三维数学模型,对焊接过程进行了模拟。对比实验和模拟结果发现,电子束非穿透深熔焊接气孔产生的根本原因是匙孔不稳定塌陷形成空穴,空穴被凝固前沿捕获所致。对脉冲电子束焊接过程进行模拟发现,随着电子束脉冲频率增加,匙孔稳定状态增强,当频率达到1 000 Hz时,匙孔始终处于动态稳定的平衡状态,此时能有效控制焊缝气孔缺陷。该研究为指导电子束深熔焊接气孔缺陷抑制提供了理论依据。     

脉冲激光焊缝的焊点重叠率与凝固特征关系的研究

采用SW-500型Nd:YAG固体脉冲激光器对厚度1.0 mm的M170P汽车用薄钢板进行了焊接性试验。研究了脉冲激光工艺参数对焊缝表面脉冲激光焊点重叠率的影响,分析了焊缝的凝固特征。结果表明,焊缝表面脉冲激光焊点的重叠率主要受焊接速度和脉冲频率的影响,当脉冲激光焊点重叠率为70%左右时,焊缝具有良好的表面成形性。采用"适度熔透"模式形成的焊缝,其横向截面形状基本呈倒梯形,纵向截面的凝固特征线整体弯曲度较小,呈等距离分布;而采用"过度熔透"模式形成的焊缝,其横向截面形状呈双曲线形或梯形,纵向截面凝固特征线中间的弯曲度较大,类似鳞片状分布。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形（Ⅱ）

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响。研究结果表明，钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中“两点一线”热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的。焊接热输入和激光功率密度对“两点一线”热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响。随焊接热输入和激光功率密度的增大，金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强，焊缝截面由钉形向近X形转变。根据点、线热源叠加原理获得了“两点一线”热源温度场模型。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(II)

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响.研究结果表明,钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中"两点一线"热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的.焊接热输入和激光功率密度对"两点一线"热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响.随焊接热输入和激光功率密度的增大,金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强,焊缝截面由钉形向近X形转变.根据点、线热源叠加原理获得了"两点一线"热源温度场模型.     

镁合金T形件激光-TIG复合热源焊接

主要研究了激光-TIG电弧复合焊复合模式、热源间距(D_la)和激光脉冲参数对镁合金T形件成形的影响.研究发现TIG-激光的复合模式更有利于T形件的成形.在TIG-激光复合模式下,D_la随着焊接电流的提高而增加时会得到更大的焊接熔深,焊接电流为100 A,D_la为3 mm时可以得到良好的镁合金T形结构件焊缝成形.激光脉宽过小或过大都会对T形结构件焊缝根部的成形产生不良影响,脉冲较小时T形件立板与上板结合处的熔池金属极易产生过烧,从而导致焊接表面塌陷严重,甚至烧穿;脉冲过大时则造成立板与上板结合处熔化不足而产生不熔合现象.     

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%.     

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。