高速激光热丝钎焊表面成形质量的控制

高速激光钎焊会引起熔池流动紊乱导致焊缝成形质量恶化,从而限制了其在汽车制造领域的应用。通过正交试验研究了高速下激光功率、送丝角度等工艺参数对焊缝成形质量的影响,发现焊缝成形质量随激光功率增加和送丝角度减小而提升。激光功率是通过影响熔池获得的热输入,从而影响熔池表面扰动的铺展来影响焊缝成形质量的。送丝角度是通过影响焊丝送入熔池的位置,从而影响焊丝对熔池的扰动强度和扰动的铺展速度来影响焊缝成形质量的。采用正交试验获得的最优工艺参数组合进行试验,获得了表面光滑平整无缺陷的高质量焊缝,为激光钎焊在高速下的应用发展奠定了基础。     

高速激光热丝钎焊表面成形质量的控制

高速激光钎焊会引起熔池流动紊乱导致焊缝成形质量恶化,从而限制了其在汽车制造领域的应用。通过正交试验研究了高速下激光功率、送丝角度等工艺参数对焊缝成形质量的影响,发现焊缝成形质量随激光功率增加和送丝角度减小而提升。激光功率是通过影响熔池获得的热输入,从而影响熔池表面扰动的铺展来影响焊缝成形质量的。送丝角度是通过影响焊丝送入熔池的位置,从而影响焊丝对熔池的扰动强度和扰动的铺展速度来影响焊缝成形质量的。采用正交试验获得的最优工艺参数组合进行试验,获得了表面光滑平整无缺陷的高质量焊缝,为激光钎焊在高速下的应用发展奠定了基础。     

激光热丝焊电阻热控制及送丝参数优化

如何选择送丝参数从而获得合适电阻热是确保焊丝稳定过渡和高效熔覆的必要条件. 文中通过高速摄像观察电阻热对焊丝过渡行为的影响,采用红外双色测温对焊丝温度进行测量. 结果表明,导电嘴以下30 mm处焊丝的温度可作为最优电阻热的判据;利用数值模拟方法建立了焊丝非稳态导热模型,计算了导电嘴以下30 mm处焊丝的温度,从而可以预测最优电阻热对应的送丝参数. 对不同送丝速度下最优电流比较发现,一定电阻热下加热电流的平方与送丝速度的比值为常数,可用于快速选择最优电阻热的送丝参数.     

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。     

激光热丝焊焊缝熔合比和焊缝深度方向的微观成分均匀性

以填充奥氏体不锈钢热丝的球墨铸铁焊接为例,研究了激光热丝焊焊缝熔合比和成分均匀性.结果表明,激光热丝焊熔合比小,为38%～55%;焊缝成分均匀性良好,焊缝Cr和Ni元素的不均匀度最高为0.5%和6%.与之相比较,激光-MIG复合焊焊缝熔合比为69%～77%;焊缝Cr和Ni元素的不均匀度最低也达到了62%和51%.激光热丝焊输入电能小且焊丝对输入电能的利用率高,因此能获得小的熔合比,而小的熔合比和焊丝以固态形式过渡进入熔池是焊缝成分均匀分布的原因.     

纳秒激光直写表面辅助下紫铜的激光焊成形及接头组织和性能

针对紫铜激光焊高反射率问题,提出了一种纳秒激光直写表面辅助下紫铜激光焊方法.利用纳秒激光对紫铜待焊区表面进行激光直写,产生覆盖有纳米颗粒的周期微结构,提高吸收率从而实现激光焊.阐述了纳秒激光直写表面降反作用机理,研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响,对焊接接头的组织和力学性能进行了分析.结果表明,纳秒激光直写表面能够有效降低紫铜对激光的反射率;随着焊接激光功率增加,焊缝成形由宽而浅变为窄而深;焊缝区结晶以铜晶粒为晶核呈柱状晶生长,且柱状晶尾部呈弯曲状指向焊接方向,并非指向中截面生长,树枝状束粗细均匀;通过线扫描发现表面纳秒激光直写处理对紫铜焊缝冶金行为几乎没有影响,仅在距离焊缝表面53μm范围内存在少量O元素,而焊缝内部几乎没有氧等异质引入,均为紫铜的单相固溶体;接头的抗拉强度为母材的81.4%,焊缝中心硬度为65.8 HV0.1,断口表现为延性断裂,焊缝保持一定塑性.     

基于响应曲面法的激光辅助机器人双点滚压成形回弹控制

针对超高强钢难成形的问题,提出了激光辅助机器人双点滚压成形工艺。以弯曲为例,研究了激光功率密度对弯曲零件回弹的影响,并基于响应曲面法,以回弹角度为目标函数,成形载荷为约束条件优化了角度增量和工业机器人位移补偿参数。结果表明,超高强钢零件回弹角度随着激光功率密度的增大而减小,激光功率密度为125 W·mm^-2时零件回弹角度相较于常温成形减小了78.5%,但回弹减小趋势随着激光功率密度继续增大趋于平缓;将激光功率密度固定为125 W·mm^-2,进一步通过响应曲面法将成形过程载荷控制在600～900 N范围内,得到了优化的4道次角度增量和两滚轮位移补偿值,相较于优化前的4道次成形策略,弯曲零件的回弹角度从6.0°降低到接近于0°。响应曲面法可用于优化机器人双点滚压成形工艺参数,从而显著降低滚压成形零件的回弹并且提高成形效率。     

激光熔覆多道搭接成形质量与效率控制方法

目的揭示激光熔覆工艺参数对多道搭接成形质量与效率的耦合作用规律,提高多道搭接熔覆层表面与内部组织质量及成形效率。方法采用响应面中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量和搭接率与多道搭接表面平整度、熔覆效率及气孔面积之间的数学模型,通过方差分析及检验指标,验证了所建立数学模型的正确性。结果激光功率和气流量对表面平整度的值影响并不显著。表面平整度的值与扫描速度、搭接率成反比;搭接率对熔覆效率的影响较为显著,搭接率的增大使熔覆效率减小;四个工艺参数对于气孔面积都有不同程度的影响,适当增大搭接率和减小扫描速度可以减小熔覆层气孔面积。以表面平整度最好、熔覆效率最高和气孔面积最小为目标优化工艺参数,通过试验获得表面平整度、熔覆效率、气孔面积预测值与实际值的误差分别为1.36%、6.12%、7.89%,进一步验证了该模型的准确性。结论该研究成果为多道熔覆涂层质量、熔覆效率的控制与预测以及工艺参数的优化提供了理论依据。     

活性剂对钛合金激光焊焊缝成形影响

咬边是钛合金激光焊常见的焊缝成形缺陷,文中将A-TIG焊用活性剂应用于TA15钛合金CO2激光焊的研究结果表明,活性剂不仅可有效地改善焊缝咬边缺陷,而且可降低激光深熔焊的激光功率密度和热输入阈值.同样的焊接工艺参数,活性剂使钛合金CO2激光焊全熔透焊缝的背宽比增大,焊缝表面熔宽减小而中部熔宽增大,但过高的激光功率密度和热输入,活性剂反而影响激光对钛合金的作用,焊缝背宽比减小,表面熔宽增大,可能与金属汽化过于强烈有关.活性剂改善钛合金激光焊焊缝成形的作用主要有三方面,即增加钛合金对激光能量的吸收;降低熔池表面张力,改变表面张力流方向;降低光致等离子体的电离度,缩小等离子体云.     

激光熔覆多道搭接成形及粉末利用率

针对曲面基体激光熔覆多道搭接成形质量及粉末有效利用率问题,采用响应面中心复合设计方法,构建工艺参数与响应输出之间的数学模型,分析工艺参数与多道搭接激光熔覆层平整度、稀释率和粉末利用率之间的影响关系,以获得多道搭接激光熔覆的最佳工艺参数。结果表明：平整度随着激光功率和气流量的增加而减小,随着扫描速度和搭接率的增加而增大;稀释率随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度的增加先减小后增大,随着搭接率的增加而减小;粉末利用率随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度和搭接率的增加而减小。以平整度大于0.75、稀释率为10%、粉末利用率最大为目标,并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测,得到最佳工艺参数为激光功率为1.800 kW、扫描速度为7.000 mm/s、气流量为10.000 NL/min、搭接率为22.744%。以最佳工艺参数制备的熔覆层的平整度、稀释率和粉末利用率与模型预测结果的误差分别为4.645%、3.332%和6.140%,证明了模型多目标优化的准确性。     

Prediction of wire transfer behaviors in laser hot wire welding

With preheating wire by resistance heat, laser hot wire welding improves process stability and wire deposition efficiency, which gives broad potential applications in sugracing and narrow gap welding. It is a critical issue to control the temperature of preheated wire in this process. The temperature which is so high that the wire fuses outside molten pool or so low that the wire cannot melt timely in the molten pool, results in poor wire transfer stability and bad weld formation. This paper is purposed to calculate the wire temperature for the prediction of wire transfer behavior under various welding parameters. A heat conduction model is set up. Heat sources of the wire include resistance heat and reflected laser, and the heat source of molten pool is laser. The calculated temperature of wire part outside the molten pool is verified by infrared ratio temperature measurement. The calculated temperature of wire part in the molten pool is verified by measurement of the molten pool size. Analyzing the wire temperature and welding process observed by the high speed video imaging, the temperature criteria of wire transfer behaviors are obtained. Thus, numerical simulation of the wire temperature can be used to predict wire transfer behaviors in laser hot wire welding.     

基于响应面法的不锈钢车体激光焊接工艺参数优化

为解决电阻点焊不锈钢车体表面质量差、密闭性差等问题,采用二次回归旋转设计试验方案,基于响应面法建立了不锈钢车体激光焊接工艺参数(激光功率、焊接速度、离焦量)与预测响应值(熔深、熔宽、接头剪切拉伸载荷)之间的数学模型,能够根据车体表面质量和接头强度的要求优选焊接工艺参数.并通过优化激光焊接工艺参数来预测激光搭接焊接头的熔深、熔宽以及接头的剪切拉伸载荷,实现焊缝成形与接头强度的最佳组合,为改善不锈钢车体焊接表面质量提供了新的工艺途径.     

多层多道埋弧焊工艺参数优化设计方法

多层多道埋弧焊应用领域广泛,但是由于焊接参数较多,焊接工艺的制定和参数优化较为困难。首先给出了底层焊(打底焊)、填充焊和盖面焊的焊接参数设定和优化的基本原则,然后设计了相应的参数设定和优化软件,对焊接电流、焊接速度、焊接电压、热输入以及焊道数等基本参数进行优化计算。对所设计的焊接参数优化系统,采用K型坡口的工件进行实验验证,实验结果和本焊接参数优化系统给出的结果符合良好。利用该系统还可以实现填充焊阶段的电流递增优化设计,在保证焊接热输入不超标的情况下,减少焊道数,提高生产效率。     

C-Si-Mn系焊丝钢的连续冷却相变及轧制工艺

利用Gleeble-3800热模拟仪研究了含1. 65%Mn的C-Si-Mn系焊丝钢的连续冷却相变行为,并在高速线材轧机上进行了盘条的工业试制。结果表明:热模拟试验中,在变形温度950～1000℃,冷速在0. 3～0. 8℃/s时,试样硬度为149～155 HV5,马氏体形成的临界冷速为1. 5℃/s,铁素体相变开始温度为818～793℃;工业试制时,精轧温度950℃,吐丝温度870～890℃,热轧盘条为铁素体和珠光体两相组织,盘条抗拉强度523 MPa,面缩率81. 2%,伸长率27. 7%。      

细丝窄间隙埋弧焊工艺参数寻优

主要研究A105钢小直径焊丝埋弧焊时,电弧电压、焊接电流和焊接热输入对焊缝成形的影响.在反复调节不同焊接工艺参数进行平板表面堆焊试验的基础上,得出保证最佳焊缝成形时,电弧电压与焊接电流的关系,以及它们的最佳匹配值,并量化了焊接热输入与焊缝宽度之间的关系.为窄间隙埋弧焊提供了有益的经验,同时也为小直径焊丝焊接工艺的全面优化奠定基础.     

铝合金和不锈钢摩擦焊接参数的预测和优化(英文)

搅拌摩擦焊是一种固态连接工艺,具有低的热量输入、高的生产效率、容易操作和环境友好等优点而被广泛使用。搅拌摩擦焊能够焊接不同类型的黑色金属和有色金属,而传统的熔焊则不能。焊接工艺参数如摩擦压力、顶锻压力、摩擦时间和施压时间对接头的强度起主要作用。本研究旨在建立一个经验方程去预测搅拌摩擦焊AA6082和AISI304不锈钢接头的拉伸强度。采用响应面法去优化搅拌摩擦焊工艺参数,从而得到接头的最大拉伸强度。     

铝合金高频感应热丝TIG焊接方法

提出了高频感应热丝TIG焊接新方法,焊丝加热温度和深度可控,加热速度快,能适应高速送丝要求.高频感应加热消除了常规热丝TIG焊旁路电流磁场引起的电弧偏吹现象.另外,由于该方法不需利用焊丝本身的电阻产热,所以适用于铝合金等低电阻率金属焊丝.根据感应线圈的电感和工作频率要求,设计制造了适用于Φ1.6 mm铝合金焊丝的高频感应加热线圈和套筒.利用热电偶测量了不同送丝速度下的焊丝温度.结果表明,当送丝速度高达6～10 m/min时,焊丝的温度完全能够满足热丝焊的要求.6～10 m/min的送丝速度较常规TIG焊接提高了3倍以上,大大提高了焊接效率.