铝合金激光焊与复合焊焊缝气孔形成机理研究

利用金相显微镜、扫描电镜观察6009-T6铝合金激光焊和激光-电弧复合焊焊缝中气孔的分布情况及形貌,结合焊缝气孔内壁EDS点扫描分析,并通过图形计算软件计算出焊缝区气孔率。结果表明,相比激光焊,激光-电弧复合焊焊缝中的气孔大小及气孔率显著降低;激光焊焊缝中气孔比较大、形状不规则,而复合焊气孔是比较小的椭球形;进一步分析表明,激光焊主要以工艺类气孔为主,其根本原因是匙孔的失稳;激光-电弧复合焊接以冶金类气孔为主,主要与氢在熔池的析出和氧化物的存在有关;激光焊焊缝气孔内的Mg含量高于焊缝区,而激光-电弧复合焊时焊缝气孔内的Mg含量和焊缝区几乎一样。     

6009铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊和光纤激光焊工艺对比研究

采用光纤激光-MIG 复合焊和光纤激光焊分别对6009铝合金进行焊接,研究两种焊接方式下焊接接头的成型性、显微组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌的不同。研究表明：激光电弧复合焊的焊接速度是激光焊接的3倍;相比于激光焊,激光电弧复合焊焊缝中心显微组织更加细小;接头的抗拉强度达到母材的63%以上,而激光焊接的抗拉强度仅仅只有母材的38%;显微硬度试验表明：复合焊存在软化区,而激光焊接几乎没有软化区;断口分析表明：复合焊和激光焊的拉伸断口都是典型的韧窝状态,但是复合焊接的韧窝更加均匀。     

铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的 研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法 分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+ GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果 当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论 后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。     

焊接参数对铝合金激光填丝焊缝成形的影响

采用ER5356焊丝对1.2mm厚5A06铝合金和3mm厚5A90铝锂合金进行激光填丝焊接实验,探讨了焊接参数包括光丝间距、送丝速率、激光功率和焊接速率等对焊缝成形的影响.结果表明:光丝间距必须控制在一定范围内才能获得成形较好的焊缝,且其优化范围受焊接速率的影响显著;母材板厚较小有利于激光填丝焊优化送丝速率的提高及其范围的扩大;焊接速率对焊缝成形的影响较大,随着焊接速率的增加,激光功率应随之增加与其匹配;激光填丝焊时在保证熔透性且较好成形的基础上,应尽量采用较小的焊接热输入.     

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材，开展激光-MIG复合焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律，分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下，较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区，相比电弧主要作用区，激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象，焊缝区硬度最低，热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa，为母材抗拉强度的80.6%，试样断裂于焊缝区，表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa，裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处，裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。     

激光-电弧复合焊热源相对位置对焊接接头组织与性能影响规律研究

采用20 mm厚EH36钢板堆焊试验研究了激光-电弧复合焊热源相对位置对焊缝宏观形貌、组织、元素烧损和性能的影响规律。结果表明,与电弧引导激光焊接相比,激光引导电弧焊接的焊缝熔深小、熔宽大、熔合比小、焊道对称性差、合金元素烧损率小、显微硬度相对较低;激光引导电弧焊接时,焊缝区晶粒向熔池表面中心生长、晶粒相对粗大,电弧引导激光焊接时,晶粒向着焊缝中心生长、晶粒相对细小,这主要是由于两种热源相对位置不同使得进入焊缝的总能量和熔池流动方向不同造成的。     

异种钢激光-电弧焊复合焊接数值模拟

目的研究异种钢激光-GMAW复合焊接温度场以及应力场变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢和A514钢为研究对象,采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法,建立了激光-GMAW焊接热源模型,对异种钢激光电弧复合焊接过程进行了模拟计算,并与实验所得的焊缝形状以及焊后残余应力进行了对比。结果结果表明,异种钢激光电弧复合焊接过程焊接变形以及残余应力实验结果与数值计算结果吻合较好。结论验证了锥体加柱体热源与椭球热源的组合热源模型在异种钢激光-GMAW复合焊接温度场及应力场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下异种钢激光-GMAW复合焊接的焊缝形状和尺寸预测,提供了一种有效的途径。     

铝锂合金YAG-MIG复合焊缝成形特征及性能研究

对5A90铝锂合金薄板YAG-MIG复合焊缝成形特征及性能进行了研究.结果表明:YAG-MIG复合焊可以显著改善5A90铝锂合金激光焊缝下塌、咬边等现象,扩大激光焊的最大间隙容许裕度,使之可达1.0mm.复合焊接头的主要组织特征为细晶层和焊缝区大范围等轴晶,与激光焊接头类似.而不同之处表现为复合焊接头的显微组织相对粗化...     

ZL114A铝合金激光-电弧复合焊接头枝晶尺寸与熔宽的关系

采用激光-电弧复合焊方法对厚度为8mm的ZL114A铝合金板进行焊接实验,焊后对接头显微组织尺寸与分布进行了分析.结果表明,在不同工艺参数得到的各焊接接头中,树枝晶尺寸与熔凝区宽度具有一定的相关性,熔凝区宽度一定枝晶尺寸一定,且树枝晶尺寸沿板厚方向从焊缝上部到根部逐渐变小,呈近似线性变化.     

热处理对特种设备用高强钢激光–电弧复合焊接头氢脆断裂行为的影响研究

目的 提高800 MPa级特种设备用低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的抗氢脆性能。方法 采用预充氢后慢应变速率拉伸试样的方法,定量评估焊态、焊后直接高温回火和焊后调质3种状态下800MPa级低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的氢脆敏感性,结合扫描电镜下的初始微观组织和断裂特征,讨论抗氢脆性能的改善机理。结果 焊后调质处理有效消除了焊接热循环形成的马氏体组织,使接头各区域的微观组织趋于一致,接头的抗氢脆性能较焊态和直接焊后高温回火态的显著提高,断裂特征也从沿晶和穿晶的混合断裂转变为穿晶解理断裂。结论 焊后调质处理可以有效提高800MPa级低碳贝氏体高强钢激光–电弧复合焊接头的抗氢脆性能。     

8 mm厚T2紫铜功率调制激光-MIG复合焊

目的研究工艺参数与调制参数之间的相互作用对T2紫铜功率调制光纤激光-MIG复合焊过程热效率和稳定性的影响。方法分别设计并进行了平均功率、送丝速度与调制振幅和调制频率的三元二次回归正交试验。其中采用母材熔化区面积表征焊接过程的热效率,采用焊缝中的气孔数量表征焊接过程的稳定性。结果调制振幅约为平均功率的1/3时,母材熔化区面积最大,焊接过程热效率最高,振幅增大或减小都会使熔化区面积减小。平均功率主要决定了焊接过程的线能量,平均功率增大有助于增大母材熔化区面积。送丝速度的大小不仅影响焊接过程的能量输入,而且对熔池的流动行为影响较大。送丝速度过大易使熔池以及小孔失稳,降低焊接过程稳定性,因此送丝速度不宜过大。本研究条件下,10 m/min的送丝速度较为适宜。结论在优化的工艺参数和调制参数下进行功率调制激光-电弧复合焊,可以使8 mm厚紫铜焊接过程的热效率和稳定性同步提升。     

扫描激光-热丝焊接过程焊丝熔入行为分析

采用Red lake高速摄影系统观察了扫描激光-热丝焊接过程中焊丝熔入行为,分析了光丝间距、扫描激光及焊丝加热等工艺因素对焊丝熔入行为的影响。研究结果表明,当光丝间距处于-1 mm~1 mm范围内时,填充焊丝可实现连续稳定的液桥过渡;加入扫描激光后,焊丝在熔入过程中会出现一定程度的摆动,且随着激光扫描幅度增加,焊丝摆动幅度先增后减;对焊丝进行加热后,焊丝熔入方式包括连续液桥过渡、熔滴过渡和电弧过渡3种,且焊丝摆动幅度较焊丝不预热时明显减小。     

焊接位置对激光-电弧复合焊接底部驼峰的影响

目的 通过改变焊接位置来抑制底部驼峰的形成进而降低生产成本。方法 使用高速摄像机观察平向焊接和横向焊接2种不同焊接位置下熔池的匙孔和底部驼峰的形成过程,并对底部凸起受到的金属蒸气反冲压力、熔融金属重力以及表面张力进行受力分析。结果 在S355J2W耐候钢的激光-电弧复合焊接平焊过程中,受金属蒸气反冲作用力的影响,熔融金属迅速从匙孔底部排出,流入匙孔底部凸起区域,底部凸起的增长速度极快,仅需7.5 ms即可形成大尺寸的驼峰。而在横向焊接中,匙孔前壁凸起数量减少,导致金属蒸气反冲压力减小,匙孔排出的熔融金属量减少,底部凸起的增速减缓,在13.6 ms时才达到最大高度,使驼峰在底部熔池凝固之前难以形成。结论 采用横向焊接的方式可以有效避免驼峰的产生,降低生产成本。同时,该方式在焊缝背部成形效果方面也表现良好,为优化焊接工艺提供了重要参考。     

激光-电弧复合焊接技术现状及其在钛合金领域的研究进展

综述了激光-电弧复合焊接技术的原理、特点、分类、应用以及其在钛合金焊接领域的研究进展,介绍了其在船舶制造、交通运输和油气管道工程领域的应用状况,展望了钛合金激光-电弧复合焊接技术的工程应用前景.     

复合板基层厚度对激光焊接头腐蚀性能的影响

目的通过探索基层金属厚度对复合板激光穿透焊接的影响规律,分析其影响度与焊接速度、激光功率的差别,为双金属复合材料激光穿透焊接提供更多的技术支撑。方法以焊接速度、激光功率和基层金属厚度为变量,设计了三因素三水平的正交实验,对X65/DSS2205层状双金属复合材料进行激光穿透焊接实验,对不同焊接条件下接头的显微组织进行观察分析,采用EDS面扫方法对焊缝复层区进行成分扫描,测量接头复层侧动电位极化曲线,并比较了基层金属厚度的影响度较焊接速度与激光功率的大小。结果双金属复合板激光穿透焊接接头显微组织在厚度方向存在明显的分层;基层金属厚度为1.2 mm时,复层贵金属元素保留量最大;随着基层金属厚度的减小,接头综合耐腐蚀性能提高;基层金属厚度对接头耐腐蚀性能的影响小于焊接速度和激光功率2个变量;焊接速度为2.5 m/min,激光功率为3500 W,基层金属厚度为0.8 mm时,接头耐腐蚀性能最优。结论基层金属厚度对于复合板激光穿透焊接接头的焊缝复层元素含量、以及接头复层一侧耐腐蚀性能都有较为明显的影响,但相比于焊接速度与激光功率,其影响度相对较小,因此在进行复合板激光穿透焊接时,在选定基层金属厚度后,仍要对焊接速度和激光功率进行优化工艺设计。     

6063铝合金单模光纤激光焊接工艺研究

目的 针对采用脉冲激光点焊的6063铝合金焊点拉力较低,无法满足实际需求的问题,研究6063铝合金激光焊接的最优工艺方案,以提升焊点拉力.方法 采用单模光纤激光对6063铝合金进行焊接,通过极细的线宽组成螺旋点,代替单个脉冲激光点焊.对激光功率、焊接速度及离焦量等工艺参数进行正交实验,得到最佳工艺参数,并通过分析焊缝外...     

高速重复扫描激光塑料焊接工艺研究

目的 提高PA66塑料的焊缝剪切强度,达到实际生产要求.方法 采用高速扫描振镜对PA66塑料进行扫描激光焊接,分析重复焊接次数对塑料焊缝外观及剪切强度的影响,并且对焊缝截面进行测试,分析工艺参数对焊缝截面的影响规律.通过对工艺参数(激光平均功率、重复焊接次数、焊接速度、离焦量)进行四因素四水平正交实验,得到焊缝剪切强度...     

Single Pass Laser-Arc Hybrid Welding of Maraging Steel Thick Sections

Maraging steel 250 grade plates of 10 mm thickness were welded in single pass using a laser-arc hybrid welding (LHW) setup comprising 3.5 kW CO₂ laser and synergic pulse metal inert gas (MIG) welding power source at a welding speed of 1 m/min. The influence of single-pass welding on the bead characteristics, microstructure, and mechanical properties was investigated. The size and volume fraction of reverted austenite was effectively reduced in the fusion zone. Moreover, the width of the heat-affected zones (HAZ) was reduced and the microhardness results did not show significant softening in the HAZ after post weld aging. Tensile testing of the welds in transverse direction showed 97.3% weld efficiency. The fusion zone exhibited K_Ic fracture toughness of 77.4 MPa√m which was affected by the distribution pattern of reverted austenite. The study vividly brings out the process advantages of LHW for accomplishing thick section welds of maraging steel in single pass with narrow groove and lesser filler wire consumption.     

近红外光纤激光与蓝光半导体激光焊接紫铜工艺对比研究

目的 提高紫铜激光焊接接头的力学性能,并分析激光工艺参数对焊缝外观及焊缝微观组织的影响规律。方法 分别对蓝光半导体激光与近红外光纤激光焊接紫铜的工艺参数进行优化设计,采用光学显微镜观察焊缝的外观形貌,采用拉力机测试焊缝的抗拉强度,采用金相显微镜观察和分析焊缝的微观组织。结果 当采用近红外光纤激光进行焊接时,功率为2 000 W,焊接速度为20 mm/s,焊缝抗拉强度为156 MPa。当采用蓝光半导体激光进行焊接时,功率为500 W,焊接速度为20 mm/s,焊缝抗拉强度为246 MPa,达到母材抗拉强度的80%。结论 由于铜对蓝光波长的吸收率较高,当采用蓝光半导体激光进行焊接时,热量输入较低,焊缝的变形相对较小,并且焊缝中心各个方向上的温度梯度相同,容易形成等轴晶,有利于力学性能的提高。