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。     

CO2激光-MAG电弧复合焊电弧能量对熔滴过渡特征和焊缝形貌的影响

以5.0 mm厚高强钢板为试验材料,采用CO2激光-MAG电弧复合焊接方法,研究电弧电压与焊接电流的大小对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响.结果表明,在激光功率P=1.6 kW、焊接速度v=1.2 m/min的情况下:当电弧电压U=26 V、焊接电流I＜180 A时或焊接电流I=180 A、电弧电压U＜...     

激光-双MIG电弧复合焊耦合机制及熔滴过渡研究

激光-双MIG(熔化极稀有气体保护)电弧复合焊具有熔深大、熔敷效率高、焊接质量好等特点,然而由于其耦合机理复杂,给应用带来了一定的困难。基于电磁场理论提出了激光与双电弧耦合机制,当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力相差较大时,等离子体两端的电子分布会不均匀,这使得一端电弧发生弯曲,沿焊丝轴向的促进力减小,熔滴过渡困难。当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力大致平衡时,电子能够比较均匀地分布在等离子体的两端,吸引稳定电弧,利于熔滴过渡。采用高速摄影系统和电信号采集系统研究激光-双MIG电弧复合焊接过程,结果表明:当工艺参数不合适时,电弧发生弯曲,导致不稳定的大颗粒过渡和短路过渡;当工艺参数合适时,两个电弧根部被固定在激光光致等离子体的下部,形成稳定的射流过渡。     

端接接头激光-MAG复合焊熔滴过渡与气孔特征分析

通过端接接头的激光-MAG复合焊接实验,研究了焊接方式、光丝间距、能量输入等对熔滴过渡行为及气孔缺陷特征的影响规律。研究结果表明:激光-MAG复合焊接比单激光焊更适用于端接接头的焊接,可以改善焊缝的成形,抑制气孔缺陷;激光引导方式优于电弧引导方式,得到的焊缝内的气孔缺陷较少;适当增加光丝间距有利于焊接过程的稳定性;电弧能量输入主要影响焊缝形态,而激光能量增加则会阻碍熔滴过渡,并使焊缝底部产生气孔缺陷。     

自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊参数对熔滴过渡的影响

研究了自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊的熔滴过渡行为。结果表明,激光的加入明显减小了电弧斑点的漂移概率,拉伸了电弧空间,改变了熔滴受力状态及其过渡行为。激光前置比后置时更有利于熔滴过渡和电弧稳定性的提高。自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊的最佳工艺参数为:激光前置,激光功率2kW,光丝间距+4mm,光斑直径为2mm,光丝夹角30°。当光丝间距小且激光功率为4kW时,熔滴过渡形式由排斥过渡变为爆炸过渡。     

不同波长激光-MAG电弧复合焊接焊缝成形与熔滴过渡特征研究

以5.0 mm厚高强钢板为实验材料, 采用高速摄像拍摄及汉诺威分析仪, 对比研究了CO2激光-MAG电弧旁轴复合焊接与Nd∶YAG-MAG激光电弧旁轴复合焊接在不同的激光功率下的焊缝形貌、熔滴过渡形态、工艺稳定性及电信号差异。结果表明, 在焊接电流I＝180 A, 电流电压U＝26 V, 焊接速度v＝1.2 m/min时改变激光功率发现, 相同激光功率比较Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊的焊缝面积与热影响区面积明显更大且表面飞溅较少; Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊熔滴过渡频率更高, 过渡形式基本为射滴过渡; 采集的电信号也显示Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊更加稳定。     

激光-MIG复合焊接熔滴过渡对焊缝表面成形的影响

熔滴过渡特性对于保证激光-电弧复合焊接成形质量十分重要。利用高速摄像机采集激光-熔化极惰性气体保护焊(MIG)复合焊接过程中的熔滴过渡图像,通过图像信号处理方法提取电弧感兴趣区域(ROI区域)面积、熔滴速度、熔滴过渡周期等特征,分析熔滴过渡特征与焊缝成形的关联;利用短时傅里叶变换和谱熵对电弧ROI面积进行时频分析,研究功率谱谱熵与熔滴过渡稳定性之间的规律。结果表明：熔滴过渡频率与熔滴速度有一致的变化趋势,稳定的熔滴过渡能提高焊缝成形的均匀性;功率谱谱熵能表征焊接过程的稳定性,当熔滴过渡失稳时,短时对数功率谱变得紊乱,瞬时谱熵增大,焊缝熔宽减小,表面铺展性降低。     

CO2激光-MAG电弧复合焊接中保护气体对熔滴过渡和焊缝形貌的影响

采用CO2激光器和MAG焊机在5mm厚高强度钢板上进行了复合焊接试验,同时,采用高速摄像机对等离子体形态、复合焊接稳定性以及熔滴过渡行为进行了研究.结果表明,保护气体参数对焊接过程的稳定性、熔滴过渡行为和焊缝形状的影响至关重要.伴随着气体流量的增加(由15L/min增加到35L/min),焊接过程由稳定变得不稳定,焊接熔深先增大后减小,等离子体高度、熔滴过渡频率和熔滴分离速度呈减小的趋势,熔滴直径呈增大的趋势.此外,He含量增加到一定值时会导致引弧不稳定,造成焊缝表面产生缺陷.     

CO_2激光-MAG电弧复合焊接工艺参数对熔滴过渡特征和焊缝形貌的影响

以7.0 mm厚高强钢板为试验材料,采用CO2激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法,研究了电弧能量、激光能量、光丝间距等参数对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响。结果表明,CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中,激光的加入,降低了激光匙孔附近等离子体通道的电阻,使电弧被吸引并压缩至激光匙孔处,从而使电弧阴极斑点更加稳定。电弧能量决定熔滴过渡的模式,激光能量主要影响熔滴的过渡频率。当电弧能量小于4 kW时,熔滴过渡模式为短路过渡和颗粒过渡或是二者的混合过渡;当电弧能量大于4.68 kW时,熔滴的过渡模式为射滴过渡。熔滴的过渡模式对获得稳定的可重复焊接工艺至关重要,射滴过渡比短路过渡更有利于焊接过程的稳定。热源间距保持在2~4 mm的范围内,避免熔滴干扰激光匙孔和熔池产生紊流。     

离焦量对高强钢激光填丝焊熔滴过渡特性的影响

为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响，获得稳定过渡模式，借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为，并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明，离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性，获得的焊缝质量良好，焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡，此时焊接稳定性最差，焊接过程中匙孔会完全闭合，焊缝表面成形不规则，焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。     

CO2激光-MIG复合焊接射滴过渡的熔滴特性

本文以 5 .0mm厚LF6防锈铝合金板为试验材料 ,进行了CO2 激光 -MIG电弧射滴过渡的旁轴复合焊接试验。试验结果表明 ,在激光锁孔效应下 ,CO2 激光 -MIG复合焊接铝合金不仅具有在较宽的参数范围内焊缝成形美观 ,熔深熔宽增加 ,无气孔等优点 ;而且还发现 ,与单MIG焊接的熔滴过渡特性相比 ,复合焊接过程中一方面由于激光能量和激光锁孔效应产生的大量金属等离子体对熔滴的热辐射作用 ,促进了熔滴过渡 ;另一方面由于激光等离子体对熔滴的吸引力和金属蒸气对熔滴的反冲力又阻碍了熔滴过渡 ,两者综合作用改变了熔滴过渡方式和过渡频率。在此基础上 ,通过对复合焊接过程中焊接电流和电弧电压波形以及熔滴过渡特征的分析 ,进一步研究了激光功率、激光与电弧的作用位置以及激光束离焦量对复合焊接过程中熔滴过渡频率的影响规律。     

激光-MIG复合热源焊接熔滴过渡力学行为分析

针对激光等离子体和电弧等离子体共同作用下的熔滴过渡，根据气体动力学和静态力学平衡理论，对CO2激光-惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接过程中熔滴的复杂受力状态及其力源的产生与作用原理进行了深入分析。结果表明，一方面由于激光焊接过程中材料剧烈气化时产生的大量金属蒸气射流，对熔滴形成了巨大的反冲作用力，阻碍了熔滴过渡;另一方面，由于激光焊接产生的等离子体改变了原有惰性气体金属弧焊电弧等离子体形成路径，从而改变了原有焊接熔滴中的电流密度分布和流向而形成了一个新的复合电弧收缩力。两者综合作用降低了复合焊接熔滴过渡频率，破坏了焊接稳定性。在此基础上，进一步研究了焊接参数对金属蒸气反作用力、复合电弧收缩力等的影响规律，并采用数值分析的方法推导出了它们的数学描述;定量分析了复合热源作用下熔滴的受力机制，揭示了复合热源焊接过程中熔滴受力状态与焊接稳定性之间的内在关系。     

光纤激光与GMAW-P复合焊接等离子体及熔滴过渡动态特征研究

研究了高功率光纤激光与脉冲气体保护焊(GMAW-P)复合焊接中的等离子体动态行为、熔滴过渡模式以及电信号特征。结果表明,光纤激光焊接可以采用纯Ar气作为保护气体,GMAW-P电弧与光纤激光复合后会导致激光等离子体膨胀增大,电弧的弧长变短。比较电压概率密度可以看出,激光引导模式相较于电弧引导模式时的负载动态波动更为剧烈。     

CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中熔滴受力及过渡特征研究

以5.0mm高强钢板为试验材料,进行了CO2激光与金属活性气体(MAG)电弧复合焊接试验。通过高速摄像和熔滴的受力分析研究了激光能量、电弧能量、光丝间距对复合焊接过程中熔滴过渡特征的影响。结果表明,激光的加入稳定了电弧,降低了射滴过渡的临界焊接电流值,由于激光对电弧的引导和压缩作用,改变了熔滴内电流线分布及电磁收缩力的大小及方向,进而影响了熔滴过渡特征。同时激光匙孔中喷射出大量的金属蒸气产生反作用力,改变了熔滴原来的受力状态,使熔滴过渡模式发生改变。随着焊接电流的增加,电弧变得更加稳定,能量更加集中,等离子体流力成为熔滴过渡的主导力。光丝间距的大小影响了熔滴过渡的频率,在光丝间距为4mm时熔滴频率最大。     

脉冲MIG／MAG焊接熔滴过渡的自适应模糊控制

脉冲ＭＩＧ／ＭＡＧ焊接熔滴过渡的控制是焊接技术领域的一个重要研究课题。本文提出了采用自适应模糊控制方法对脉冲ＭＩＧ／ＭＡＧ焊接熔滴过渡进行在线实时控制，建立了以全数字控制ＩＧＢＴ逆变弧焊电源为核心的自适应模糊控制系统。     

纳秒脉冲激光熔覆温度场计算及薄膜飞溅机制分析

实验上采用磁控溅射在铀、不锈钢、铝基底上分别沉积钼、铌、铝等薄膜后采用纳秒激光熔覆,薄膜发生飞溅,未能形成熔覆层。针对这一问题,采用有限元方法分析了脉冲激光作用的温度场,并对瞬时热膨胀造成薄膜垂直于表面的运动进行了分析。计算以及分析结果表明:由于界面热阻,纳秒激光熔覆薄膜与基底存在较大的温度差,在本例计算铝薄膜与基底温差超过450℃。瞬时热膨胀导致薄膜具有向外的速度以及动能。当薄膜动能大于拉伸断裂所需要克服的弹性以及塑性变形能量,薄膜将发生飞溅。理论分析还表明存在一个临界的光束尺寸,当光束小于该尺寸,薄膜不会发生飞溅,熔覆能够发生,对于准分子激光,光束尺寸达微米量级薄膜不会飞溅。     

铝合金CO2激光电弧复合焊保护气体影响研究

为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar):V(He)=5:25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。     

保护气体对接头形貌及熔滴过渡的影响与模拟

为了研究保护气体流量对复合焊接接头形貌及熔滴过渡的影响,采用5mm厚的高强钢板材进行了激光电弧复合焊接试验的理论分析和实验验证,获得了不同气流量下的焊缝形貌以及焊接过程中电弧和熔滴图像。结果表明,随着保护气体流量的增大,焊接熔深先增大后减小;当保护气体流量在25L/min,焊接熔深达到最大;且焊缝的铺展性较好,飞溅较少;保护气体流量通过影响熔滴过渡的形式,对熔滴过渡频率产生影响;随着气流量的增大,熔滴过渡频率减小,且在25L/min时,熔滴过渡频率较稳定;采用FLUENT软件对气流量进行数值模拟,气流量越大,保护气体流速越大,在工件表面的作用面积减小。该研究结果为实际工程应用中选择保护气体流量制备高质量的焊缝奠定了基础。     

激光-电弧复合焊焊缝合金元素分布的研究

激光-电弧复合焊接相对激光焊接的优势之一是通过焊接材料的添加,调整焊缝的合金元素成分,改善焊缝组织与性能。焊接材料添加的合金元素在焊缝中的均匀分布是体现激光-电弧复合焊接这一优势的关键。然而,对于窄而深的激光-电弧复合焊焊缝,实现合金元素的均匀分布是非常困难的。研究了焊接工艺参数对CO2激光-熔化极气体保护(GMA)复合焊焊缝合金元素分布的影响规律,并讨论了熔池流动行为与合金元素分布均匀性的关系。结果表明,随着焊接速度的减小,CO2激光-GMA复合焊焊缝合金元素的分布趋向于均匀分布;随着坡口间隙的增大,焊缝合金元素均匀程度越高。焊接方向为激光在前时,激光-电弧复合焊接熔池流动为内向流动时(即熔池表面从熔池后部向小孔流动,并且小孔后沿液体向下流动),焊缝合金元素分布较均匀,其均匀性高于焊接方向为电弧在前时的情况。焊接方向对焊缝合金元素分布的影响规律主要取决于电弧拖拽力和熔滴对熔池冲击力的方向。当焊接方向为激光在前时,电弧拖拽力和熔滴对熔池冲击力指向小孔方向,促进了熔池内向流动。