光纤激光焊接熔池和小孔的高速摄像与分析

采用主动光源和光学窄带滤光片等辅助器件,利用高速摄像技术对光纤激光焊接过程中的熔池和小孔进行了拍摄,获得了较为清晰的熔池和小孔图像,以及不同激光功率下光纤激光焊接熔池和小孔的实际尺寸,可以为光纤激光焊接熔池和小孔的模拟提供可靠的参考依据。对高速摄像图片和焊缝熔深波动以及焊缝形貌进行了分析。结果表明:小孔前沿附近是光纤激光焊接过程中飞溅产生的主要区域;利用高速摄像可以监测焊缝的熔深变化;熔池温度最低的区域为熔池后部的中轴线两侧,而非熔池边界处。     

钛合金激光立焊烧穿和气孔缺陷及其数值模拟

采用在平焊优化过的激光焊接参数对钛合金进行立焊,立向上焊时烧穿倾向较大,气孔倾向较小;立向下焊时烧穿倾向较小,气孔倾向较大. 基于体积分数法(VOF)建立了追踪小孔界面的数值计算模型模拟小孔和熔池流动行为,分析了焊接位置对激光立焊烧穿和气孔倾向的影响机制. 结果表明,立向上焊时焊接方向与重力相反,小孔所受静水压力较小,小孔易于长大,小孔空腔所需的液态金属得不到有效补充,烧穿倾向增加. 立向下焊时焊接方向与重力一致,小孔振荡导致崩塌卷气,所生成的气泡缺乏逸出通道,气孔倾向增加.     

工艺因素对熔池小孔特征行为的影响

为了准确地模拟出激光深熔焊接中小孔的动态变化过程,根据小孔内激光能量的传输过程和吸收机制,采用光线追踪法来描述小孔对激光能量的多重反射吸收作用,建立了基于光线追踪的热源模型,分析了工艺因素对30Cr Mn Si A钢激光深熔焊接过程中瞬态小孔的深度振荡和熔池流动行为的影响。结果表明,激光焊接过程中熔池的小孔深度呈周期性变化并伴有高频振荡特征,而小孔的振荡是焊接不稳定性和缺陷形成的重要原因。而随着激光功率的增大,小孔深度增大,小孔深度达到相对稳定状态的时间缩短。小孔深度达到相对稳定状态时,小孔振荡的幅度随激光功率的增加而增大。在对不同工艺条件下熔池的温度场、流场和小孔的动态演化过程对比的基础上,进一步探索了焊缝气孔的形成机理,并提出了减少焊缝气孔和增强小孔稳定性的新思路。     

42CrMo钢活塞激光-MAG复合焊接热裂纹试验

利用高速相机观测焊接时熔池流动和焊缝凝固过程,并求得固–液界面移动速率;利用红外热像仪采集焊缝温度随时间变化的相关信息,求得焊缝的温度梯度,对比研究42CrMo调质钢在激光焊接、激光引导的激光-MAG复合焊、电弧引导的激光–电弧复合焊三种焊接工艺时,焊缝接头处的热裂纹倾向.结果表明,激光引导的激光-MAG复合焊工艺比其它两种焊接工艺的固–液界面移动速率更小,焊缝的温度梯度也更小,具有最小的应变率和热裂纹敏感性.最后对激光引导的激光-MAG复合焊焊缝进行了显微组织观察和硬度分析.     

高速保护气流向对光纤激光深熔焊接羽辉的影响

光纤激光深熔焊接羽辉可分为底部摆动羽辉和类似于激光束聚焦形态的狭长形羽辉.采用6 kW的光纤激光焊接低碳钢，对比研究了旁轴高速保护气流对这两部分羽辉的影响.结果表明，高速保护气流对狭长形羽辉具有明显的抑制效果，但其流向对焊接过程稳定性的影响则明显不同：气流逆焊接方向时飞溅多、熔深浅、焊缝成形差；气流沿焊接方向时飞溅少、熔深加深、焊缝成形良好，保护气流逆焊接方向时，小孔口前部凸起液柱发生偏折，小孔口缩小、熔池波动更剧烈.进一步分析表明，保护气流逆焊接方向时，小孔口前部凸起液柱向小孔口偏折并堵塞小孔、影响底部摆动羽辉的喷发是致使焊接过程稳定性恶化的主要原因.在光纤激光焊接中，布置保护气时应该考虑其流向对底部摆动羽辉喷发状态的影响.     

光纤激光焊接A356铝合金过程气孔敏感性

为减少激光深熔焊接铝合金过程中产生的冶金型气孔和小孔型气孔,达到提高工件力学性能的目的,系统分析激光功率、焊接速度以及离焦量等工艺参数分别对两种气孔造成的影响,同时观察不同焊接参数下小孔上方的金属蒸汽羽烟形状与波动情况,以反映焊接过程中小孔的稳定性。结果显示,增加激光功率或减小激光光斑半径时,小孔上方金属蒸汽羽烟波动剧烈,形状和大小都极不稳定,间接反映小孔的稳定性更差,因此在焊缝根部产生更多小孔型气孔。当由激光能量密度变化引起的小孔深宽比增高时,小孔内部坍塌的可能性升高,并在焊缝中留下更多的气孔。当激光功率为5 kW、离焦量为0、焊接速度为2.0 m/min时,气孔率达到最小值。     

光纤激光焊接A356铝合金过程气孔敏感性（英文）

为减少激光深熔焊接铝合金过程中产生的冶金型气孔和小孔型气孔,达到提高工件力学性能的目的,系统分析激光功率、焊接速度以及离焦量等工艺参数分别对两种气孔造成的影响,同时观察不同焊接参数下小孔上方的金属蒸汽羽烟形状与波动情况,以反映焊接过程中小孔的稳定性。结果显示,增加激光功率或减小激光光斑半径时,小孔上方金属蒸汽羽烟波动剧烈,形状和大小都极不稳定,间接反映小孔的稳定性更差,因此在焊缝根部产生更多小孔型气孔。当由激光能量密度变化引起的小孔深宽比增高时,小孔内部坍塌的可能性升高,并在焊缝中留下更多的气孔。当激光功率为5 k W、离焦量为0、焊接速度为2.0 m/min时,气孔率达到最小值。     

304不锈钢扫描激光焊接的熔池流动行为及焊缝成形研究

针对304不锈钢扫描激光焊接过程中的熔池流动行为及焊缝成形进行了实验和模拟研究.在研究中,通过考虑了小孔效应的三维瞬态模型和高速摄像平台研究熔池的流动行为,结果表明:在焊接过程中,小孔会推动熔融金属垂直于焊接方向流动,当熔融金属撞击熔池侧壁时,存在溢出熔池的现象,当扫描频率过高时,还会产生熔池飞溅的缺陷.此外,对不同扫...     

1Cr22Mn16N高氮钢激光焊接Ⅰ.焊接保护气体组成和热输入对焊缝氮含量及气孔性的影响

利用CO2激光对1Cr22Mn16N高氮钢进行了焊接,研究了焊接热输入和保护气体组成对焊缝氮含量、气孔的影响.结果表明,在相同激光焊接热输入条件下,随着保护气体中氮含量的增加,高氮钢焊缝中的氮含量略有增加.当采用纯氩作为焊接保护气体时,焊缝氮含量随热输入的增加而减小;当保护气体中的氮比例达到一定比例时,焊缝氮含量随热输入的增加而增大.焊接热输入较小的条件下焊缝易产生气孔,较大的热输入将抑制焊缝中气孔的产生,而且保护气体中氮含量越高,焊缝中产生气孔的倾向越小.     

不锈钢薄板高速激光焊驼峰焊道形成倾向及其影响因素

研究了SUS304不锈钢薄板光纤激光焊接时激光功率、焊接速度、保护气对焊道驼峰倾向的影响规律,利用Ti示踪元素和CCD图像,考察了熔池的流动状态.结果表明,焊道驼峰倾向对激光功率不敏感;当焊接速度超过18 m/min时,焊缝出现驼峰现象,且驼峰倾向随着焊接速度的提高而增大;当焊接速度和功率一定时,不同保护气流方向的焊缝驼峰倾向有明显差异,与焊接方向同向吹送保护气有助于降低驼峰倾向.分析认为,焊接速度的提高使熔池流动更加剧烈,进而增加了驼峰倾向;与焊接方向反向吹送保护气体,焊缝几何形状呈"柱状",与焊接方向同向吹送保护气体,焊缝的几何形状呈"杯状","杯状"焊缝增加了U形区域的截面积,降低了熔池流动的剧烈程度,进而降低了驼峰倾向.通过调整保护气流方向改变焊缝的几何形状以增加U形区域的截面积,是降低驼峰倾向的可行途径.     

Effect of Travel Speed and Beam Focus on Porosity in Alloy 690 Laser Welds

Advances in laser welding technology, including fiber optic delivery and high power density, are increasing the applicability of this joining technique. The inherent benefits of laser welding include small heat-affected zones, minimal distortion, and limited susceptibility to cracking. These advantages are of special interest to next-generation nuclear power systems where welding solute-rich alloys is expected to increase. Alloy 690 (A690) is an advanced corrosion-resistant structural material used in many replacement components and in construction of new commercial power plants. However, the application of A690 is hindered by its difficult weldability using conventional arc welding, and laser welding is a promising alternate. This work studies the effects of travel speed and beam focus on porosity formation in partial penetration, autogenous A690 laser welds. Porosity has been characterized by light optical microscopy and x-ray computed tomography to quantify its percent volume in the welds. This work describes the tradeoff between weld penetration and defect density as a function of beam defocus and travel speed. Additionally, the role of shield gas in porosity formation is discussed to provide a mitigation strategy for A690 laser welding. A process map is provided that shows the optimal combinations of travel speed and beam defocus to minimize porosity and maximize weld penetration at a laser power of 4?kW.     

Control of aluminium laser welding conditions with the help of numerical modelling

Numerical modelling of laser welding in both conduction and keyhole modes is studied to highlight the influence of the main welding parameters on assembly performance.Numerical simulation enables the thermal history of assembly weld joints to be described. A hot cracking criterion is proposed. The model predicts that (1) a deviation in the localization of the shielding gas does not affect instability and that (2) fluctuations of the absorbed laser beam power generate cooling speed deviations. The results also demonstrate that laser welding in keyhole mode, when compared to laser welding in conduction mode, is more likely to induce higher cooling speeds, greater risks of hot cracking but better sensitivity to post weld age hardening heat treatment.     

Porosity formation mechanism and its prevention in laser lap welding for T-joints

A high-speed camera and X-ray transmission observation system were used to observe the keyhole and molten pool dynamic behavior in laser lap welding T-joints. The oscillation frequency of the molten pool and the keyhole increases with increasing gap. The lower keyhole becomes slant with the large gap and large quantities of bubbles are formed at the bottom tip of the keyhole. The molten pool is divided into three different zones by the large gap and a small eddy is formed at the lower molten pool. The bubbles are difficult to escape from the lower molten pool and the gap when the gap is large, resulting in the formation of porosity at the gap and root of weld seam. The distribution characteristics of porosity in different gap have an excellent agreement with the keyhole and the molten pool dynamic behavior. Porosity can be suppressed by maintaining a small gap or adopting high welding speed. The paper provides fundamental insights into the mechanism of porosity formation during laser lap welding T-joints and guidance to aid in its elimination.     

A study on the porosity of CO2 laser welding of titanium alloy

0IntroductionTitanium alloys are increasingly applied in aeronauticindustry because of its higher strength to weight ratio thansteel and superior fatigue performance to aluminum alloy.At the same time there are many newtitanium-based alloysoccurring,such as Ti3Al-Nb titanium aluminide[1].Weldsof titanium alloy are prone to porosity,presenting a poten-tial problem for many application requiring sealing,corro-sion and fatigue resistance and good fracture toughness.Many studies have demonstrate…     

TC4钛合金光纤激光摆动焊抑制小孔型气孔的原因分析

采用光纤激光器对8 mm厚TC4钛合金板进行振镜摆动焊接,采用光谱仪和高速摄像机采集等离子体的光谱、图像及小孔的图像,分析摆动焊接抑制小孔型气孔的原因.结果表明,摆动光束对抑制钛合金小孔型焊接气孔具有显著作用;光束未摆动焊接时,焊缝中的气孔率达9.8%;光束摆动后焊缝中的气孔率均降低,其中焊接参数为5 kW、2 m/min,摆动参数为80 Hz、0.5 mm时,小孔形气孔被完全抑制.与光束未摆动相比,光束摆动焊接的小孔稳定性显著增加,其原因是光束摆动提高了光束与熔池液面的接触面积,金属蒸发增强,驱动小孔张开的径向力和轴向力得以增加.     

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。     

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。     

激光摆动焊接工艺参数对不锈钢焊缝成形与气孔率的影响

采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接,获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响,从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理. 结果表明,对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接,适当提高焊接速度和摆动幅值,更利于减小气孔率;激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形;“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形,焊缝气孔率最低,达到2.94%;而线性摆动激光获得焊缝成形最差,气孔率最高,达到19.13%.     

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.     

0Cr15Ni5Cu4Nb中厚板锁底结构大功率光纤激光焊接工艺特性

采用大功率光纤激光对7 mm厚度0Cr15Ni5Cu4Nb不锈钢锁底结构实施了焊接试验,通过对不同焊接工艺参数下的接头质量、力学性能、微观组织结构的分析,研究了其焊接工艺特性. 结果表明,焊缝中的主要缺陷是焊接气孔,采用负离焦、高速度的焊接参数能够有效抑制气孔的形成. 焊缝区域硬度有所增加,并且焊缝上部和下部的硬度要高于中部的硬度值,接头的力学性能稳定,焊缝平均抗拉强度为970 MPa,冲击韧性略有降低,为母材的89%. 焊缝组织主要由马氏体、残余奥氏体和δ-Fe组成,焊缝中部δ-Fe要多于上部,马氏体转变不充分,热影响区中主要由晶粒细小的淬火马氏体组成.