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。     

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…     

钛合金薄板激光焊接技术研究

通过对BT20，TC4等钛合金板材YAG，CO2激光焊接试验，分析了钛合金激光焊接常见缺陷和防止措施，研究了焊前清理、焊接过程中气体保护、激光焊接工艺参数选择及焊后处理对焊接接头力学性能的影响。     

铝合金脉冲YAG激光焊脉冲调制参数对焊缝形状参数的影响

以2mm厚LF3铝合金薄板为对象,研究了在平均功率和焊接速度不变时脉冲YAG激光焊脉冲调制参数(脉宽、频率及单脉冲能量)对热导焊缝形状参数(熔深、熔宽及深宽比)的影响规律,并结合脉冲激光焊间断作用的特征,引入"有效峰值功率密度"综合考虑焊接速度、频率、脉宽以及光斑大小对焊缝形状参数的影响.此外,还对脉冲激光焊所形成的特殊的层状焊缝形貌进行研究和分析.结果表明,焊缝形状参数受脉宽及峰值功率密度双重作用的影响.脉冲焊得到的焊缝呈现多层状形貌,层数随频率升高而增多.     

AZ31B变形镁合金CO2激光焊接模式及焊缝成形特点

用CO2激光对4 mm厚的AZ31B变形镁合金进行了焊接试验,试验中出现了三种焊接模式:小孔焊、热导焊、模式不稳定焊.分析发现在一定参数范围内激光功率是焊接模式的决定因素.提出用正面熔宽与纵深段熔深的比值来表征小孔焊焊缝的形状特点,并对焊缝形状参数的影响因素进行了分析.发现焊接热输入是控制焊缝形状的最主要因素,而焊接速度变化引起的激光能量利用率的变化和激光功率变化引起的等离子体羽翼导热影响范围的变化也是焊缝形状的影响因素.在保证熔透的前提下,选择较低的激光功率、较高的焊接速度和较弱的焊接规范有利于获得深而窄的焊缝.     

Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊工艺参数对焊缝形貌的影响

以304不锈钢为对象,借助横焊焊缝横断面图像来分析Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊焊缝横断面的成形特征,研究了Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊过程中焊接工艺参数对焊缝横断面形貌的影响.结果表明,在Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊中,焊接工艺参数对横焊焊缝横断面形貌的影响显著;Nd:YAG激光加入CMT电弧焊中明显提高了复合焊缝以及复合焊中CMT焊缝的熔深;采取适当的焊接工艺参数(小的光丝间距、大的激光功率、小的焊接速度、适合的离焦量以及小的或大的CMT功率)可以避免熔池机械式叠加和焊缝横断面错位现象,使得焊缝成形良好.     

激光/等离子电弧复合热源能量参数对钛合金焊缝成形的影响

在对钛合金激光/等离子电弧复合焊与单一激光焊的焊缝成形进行比较的基础上,研究了激光在复合等离子电弧后主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,随激光功率增大和焊接速度降低,复合焊与单一激光焊焊缝的横截面形貌均由钉形向近X形转变.与单一激光焊相比,复合焊焊缝的余高和咬边较大.激光/等离子电弧"协同效应"随激光功率和焊接速度变化而不同,从而影响复合焊焊缝的熔宽和熔宽比.随焊接电流从零增大到60 A,焊缝熔宽略有增大,而焊缝熔宽比基本保持不变.     

薄板钛合金激光焊熔透稳定性临界条件的计算

钛合金薄板熔透激光焊研究发现,在一定焊接参数条件下,由于金属蒸气和光致等离子体的作用,即使焊接过程的工艺参数稳定不变,也存在全熔透不稳定过程,其特征是焊缝表面成形均匀不变,而焊缝背面出现熔透与未熔透之间交替跳跃的成形特征,这种不稳定焊接过程属于激光深熔焊过程的本征特性,主要取决于焊接过程穿孔形成的稳定性。基于小孔形成机理和孔壁能量平衡的分析,提出了小孔穿孔速度与焊接速度相匹配的熔透稳定性物理模型,将穿孔速度与激光功率密度、焊接速度、材料物理性能、板厚联系起来,并建立了熔透焊所需最小激光功率密度计算关系式,理论计算结果与试验结果基本一致。所建立的关系式可用于判断焊接工艺参数深熔焊熔透稳定性。     

Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊工艺参数对焊缝成形的影响

以304不锈钢为对象,借助焊缝成形参数来评价YAG激光+CMT电弧复合热源横焊焊缝的成形特征,研究了Nd:YAG激光+CMT复合热源横焊过程中焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,在CMT电弧焊接中加入激光可以改善横焊焊缝成形;在激光能量和焊接电流一定时,光丝间距存在一个最佳匹配,使得Nd:YAG激光+CMT复合热源横焊焊缝成形良好;与其它复合热源焊接相对比激光功率对熔深影响较大,对横焊焊缝成形的影响程度与焊接电流有关;焊接速度对横焊焊缝成形影响显著;离焦量对横焊焊缝成形影响较小;电弧功率对横焊焊缝的偏离度影响显著.     

K418与42CrMo异种金属激光深熔焊接

研究了连续波Nd:YAG激光焊接功率、速度、离焦量和侧吹保护气流量对激光深熔焊接K418与42CrMo异种金属焊缝形貌、焊缝熔深的影响,讨论了焊缝区热裂纹产生机制.结果表明,额定功率为3 kW的Nd:YAG激光深熔焊接K418与42CrMo异种金属,由于它们的物理化学性质的差异,焊缝靠近42CrMo侧易出现未熔合;激光光斑向42CrMo侧偏移可以减少焊缝靠近42CrMo侧未熔合量;通过优化侧吹保护气流量和离焦量可以增加熔深.由于K418液态金属的流动性差,导致焊缝靠近K418侧对流传热不充分,使焊缝靠近K418侧熔合线呈现锯齿形.焊缝区热裂纹的产生主要是由于焊缝区元素偏析形成的低熔物导致.     

钛合金激光焊接接头塑性损伤行为分析

采用多试样拉伸法研究了TC4钛合金CO2激光深熔焊接接头的塑性损伤行为.结果表明,钛合金激光深熔焊接接头的塑性损伤过程表现为微孔洞的产生、长大与聚合方式;微孔洞体积分数沿焊接接头从焊缝、热影响区至母材呈非线性分布;焊接接头的微孔洞损伤规律和载荷大小相关,在载荷较小时焊缝的损伤大于热影响区和母材损伤,随着载荷值的增加,热...     

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.     

YAG laser welding with surface activating flux

YAG laser welding with surface activating flux has been investigated, and the influencing factors and mechanism are discussed. The results show that both surface activating flux and surface active element S have fantastic effects on the YAG laser weld shape, that is to obviously increase the weld penetration and D/W ratio in various welding conditions. The mechanism is thought to be the change of weld pool surface tension temperature coeffwient, thus, the change of fluid flow pattern in weld pool due to the flux.     

塑性变形对BT20钛合金焊缝组织和力学性能的影响

分析塑性变形对BT20钛合金焊缝组织和力学性能的影响。试验采用钨极氩弧焊对接焊形式对BT20钛合金施焊;焊接接头的塑性变形试验在油压机上进行,变形过程中采用了双保温措施。结果表明：钨极氩弧焊是一种适合BT20钛合金的焊接方法,在其它焊接参数一致的情况下,电流越小,焊接质量越好;塑性变形加退火可显著改善BT20钛合金焊缝的材料组织、细化晶粒,提高焊缝金属材料的力学性能。     

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.     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值分析

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO₂激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值模拟与试验.结果表明,在进行激光深熔焊焊缝形貌与残余应力数值计算中,应根据激光焊接热输入选择激光热源模型,并提出了均匀热源模型适合较大热输入,双椭球热源模型适合中等热输入,而组合热源模型适合较小热输入的选择原则;组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,焊缝轮廓呈现圆锥形和钉子形;均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面.     

Study on the effect of welding current during laser beam-resistance seam welding of aluminum alloy 5052

The effect of welding current on the weld shape and tensile shear load during laser beam-resistance seam welding (LB-RSW) of aluminum alloy 5052 is studied. Experimental results show that the penetration depth, weld width,tensile shear load and the ratio of penetration depth to weld width of LB-RSW are bigger than those of laser beam welding(LBW) under the same conditions and the former three parameters increase as welding current rises. The weld shape of LB-RSW below 5 kA welding current is nearly the same as that of LBW. The weld morphology is protuberant under the condition of 5 kA welding current and 0.8 m/min welding speed. Furthermore, the microstructure of the weld seam of LB-RSW is coarser than that of LBW.     

YAG激光与脉冲MIG复合焊接

研究了YAG(掺钕钇铝石榴石 ,Nd 3:Y3Al5O1 2 )激光与脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺 ,设计制造了复合焊接机头 ,探讨了各种规范参数对焊缝成形的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 -脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成形美观 ,无气孔等缺陷 ,熔深与激光单独焊比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺。     

钛合金激光焊接过程中等离子体光信号的检测与分析

通过试验的方法探讨了钛合金激光焊接过程中的等离子体光信号与焊接质量的关系，结果分析表明，钛合金的激光焊接过程比低碳钢产生更强烈的等离子体云，等离子体光信号可以较好地反映焊接过程的稳定性和焊接质量的变化。焊接质量良好时，等离子体光信号幅值在某一固定值上下波动，当改变焊接参数使焊接熔深或熔宽改变时，信号的平均幅值亦有明显改变；当较大间隙或错边存在时，等离子体光信号的平均值明显降低，但两种信号的特征不尽相同，前者造成等离子体光信号剧烈动荡而均值很低，而后者一定范围内，随着错边量增加，信号幅值逐渐减小。上述试验结果表明，可以用等离子体光信号的幅值高低和波动大小作为焊接质量实时监测和控制的特征信号。     

保护气体对激光+双丝MAG复合焊焊缝形貌和电弧特性的影响

在激光+单电弧复合焊工艺的基础上,通过再添加一个电弧的方式,形成激光+双丝脉冲MAG复合焊工艺。研究了保护气体为φ(Ar)80%+φ(CO2)20%(情况A)和φ(Ar)40%+φ(CO2)10%+φ(He)50%(情况B)时对激光+双丝MAG复合焊焊缝表面成形和电弧特性的影响。利用LabVIEW信号采集系统和高速摄像系统同步采集焊接电流、电弧电压波形和电弧形态。结果表明,在焊缝表面和焊道两侧边缘处,肉眼可见斑点状、不连续的氧化物,情况A与情况B相比,情况A氧化物含量高,熔宽小;而情况B焊道平整,鱼鳞纹清晰。情况A中由于CO2含量较高,使其对电弧的冷却作用增强,减弱了激光对电弧的稳定作用,断弧次数比情况B多。