激光焊接技术在飞机结构损伤抢修中的应用

针对目前军用飞机铝合金结构件损伤抢修技术的弊端,提出采用激光焊接技术修复损伤的结构件,通过对Al 3Mg 0.5Sc合金和2A12(LY12)合金的焊接性能的试验研究表明:Al 3Mg 0.5Sc焊缝处的性能优于2A12的性能,Al 3Mg 0.5Sc与2A12激光对焊焊缝晶粒明显细化,显微硬度与基体硬度、抗拉强度与铆接强度均相当,Al 3Mg 0.5Sc合金可应用于飞机结构件的修复。     

基于光纤激光的LY12铝合金焊接试验分析

在飞机制造领域,铝合金主要用于制造飞机蒙皮、梁、桁条和框架等结构.采用多模光纤激光器进行了1.4 mm厚LY12铝合金的激光焊接试验,研究了焊接工艺参数对铝合金焊缝形貌的影响规律,并对焊接接头的显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,大功率高速度连续激光焊缝的成形具有不稳定性,当功率为2 200 W,焊接速度为55 mm/s,保护气体流量为10 L/min时,可以获得成形良好且无宏观缺陷的焊接接头.接头的平均抗拉强度约为388 MPa,达到母材抗拉强度的63.98%,断裂类型为韧脆混合型断裂.     

5052铝合金激光焊接接头组织和性能研究

采用扫描电镜、显微硬度和抗拉强度等测试方法,研究了5052铝合金激光焊接接头组织和性能。研究结果表明,铝合金激光焊接接头热影响区主要为树枝晶,晶粒较为粗大;焊缝区主要为等轴晶,晶粒较母材和热影响区细小。铝合金激光焊接接头显微硬度焊缝区最高,热影响区最低。随着激光功率的增加,铝合金激光焊接接头抗拉强度先增加后降低,激光功率3.0 k W时达到最大值204.5 MPa,拉伸断口为典型的韧窝断口形貌。     

铝合金型材激光清洗-电弧焊接一体化工艺性能评估

针对铝合金型材表面污染物损伤焊接接头力学性能的问题,采用纳秒脉冲激光对铝合金焊前氧化膜和焊后黑灰进行清洗,有效去除表面氧化物及焊后黑灰腐蚀对接头的影响,研究激光清洗-电弧焊接一体化工艺性能影响,探究激光清洗工艺参数对表面其他污物、焊缝成形、力学性能的内在联系。利用显微硬度仪及材料高温性能测试机对完成清焊一体化试样对照组的显微硬度和抗拉强度进行检测,判断不同参数配比影响效果。结果表明,使用激光清洗能有效调控铝合金型材的焊接质量,在100 W, 70 kHz, 11.7 mm/s的工艺下能获得最佳的焊缝成形,鱼鳞纹完整,表面无任何缺陷存在;随着平均功率升高或随着清洗速度降低,焊接接头的硬度和抗拉强度明显提高,硬度最高可达HV88.44,高于基材硬度;抗拉强度最大可达232.241 MPa。成形改善与性能提高的原因与热输入上升造成的预热效果存在密切联系。     

薄板铝合金光纤激光-MIG复合焊工艺与性能研究

为了解决传统焊接方法焊接铝合金的生产效率低,并产生夹钨、裂纹、气孔等缺陷,文中采用了光纤激光-MIG复合焊的方式对2 mm厚的A6082铝合金进行了焊接,通过控制变量法确定了不同焊接工艺参数的影响规律。经反复试验,确定了最佳焊接工艺参数后,获得了优质的焊接接头,并对此复合焊接头的力学性能及内部显微组织进行了研究。由试验结果得出,A6082铝合金材料的焊缝组织主要由α-Al固溶体和少量β(Al8Mg₅)这2种组织组成,且组织形貌为柱状晶形态;焊缝金属的硬度低于母材的硬度,焊接HAZ的硬度低于焊缝金属的硬度;焊接接头拉伸试验断裂位置在热影响区,其最高抗拉强度约是母材的78%,拉伸断口形貌为塑性断口。     

半导体激光焊接85Cr17与0Cr18Ni9不锈钢的组织与性能

采用半导体激光作为焊接热源,对高碳马氏体不锈钢85Cr17和奥氏体不锈钢0Cr18Ni9进行对接焊试验,分析了焊接接头的显微组织并测试了显微硬度和拉伸强度.结果表明:采用半导体激光焊接工艺可实现85Cr17和0Cr18Ni9的对接焊,获得连续、平整的焊缝;焊缝中心区域主要为等轴晶,近中心区为柱状晶与树枝晶的混合组织.靠近基体侧的焊缝边缘区为柱状晶组织;焊缝区的平均硬度高于两种基材;拉伸试样均断在85Cr17侧热影响区,未焊透时,焊接接头抗拉强度达到0Cr18Ni9母材的88%,焊透时,抗拉强度达到0Cr18Ni9母材的95%以上.     

快速凝固耐热铝合金AA8009Nd:YAG激光焊接

快速凝固耐热铝合金AA8009的焊接技术是该合金实用化过程中必须解决的关键问题之一.试验采用不同工艺参数对1 mm厚AA8009板材进行了对接焊.结果表明,随着焊接速度增加,焊接热输入量减少,焊缝冷却速度增加,焊缝组织得到改善,由平衡态向非平衡态组织转变,焊接接头抗拉强度和显微硬度增加.当焊接热输入量为8.15 J/mm,焊缝抗拉强度达到379.9 MPa,焊接系数达到95%,断裂发生在熔化区边界.     

不同激光焊方法对5A06铝合金中厚板组织及性能的影响

采用单激光焊和激光填丝焊研究了6 mm厚5A06铝合金中厚板的焊接性,分析了焊缝的形貌、力学性能和显微组织。结果表明：2种激光焊方法的焊缝形貌存在一定差异,激光填丝焊的焊缝鱼鳞纹更加均匀,单激光焊时的飞溅较多,焊缝熔宽更小且有咬边的现象;焊接接头的抗拉强度和显微硬度均低于母材的抗拉强度和显微硬度,激光填丝焊的抗拉强度能达到母材的80%以上,且其抗拉强度、伸长率和显微硬度均值均优于单激光焊的;焊缝区组织、熔合区和热影响区组织均分别为等轴枝晶、柱状晶和纤维状组织,熔合区与热影响区的界限明显,激光填丝焊焊缝区的等轴枝晶晶粒更细,熔合区的柱状晶数量占比更小。     

6061-T6铝合金中厚板激光熔透焊接工艺研究

对6 mm厚6061-T6铝合金中厚板进行了高功率光纤激光焊接熔透试验研究,采用单一变量的方法,研究离焦量、焊接速度以及激光功率对激光焊接焊缝成形和焊缝质量的影响。利用显微硬度计和拉伸试验机等仪器测试了焊接接头的力学性能。通过分析试验结果,揭示了激光焊接工艺对其焊缝成形和焊缝质量的影响,采用形状因子对不同的焊接接头形状进行分类,研究其与工艺参数的相关性,讨论了不同形状焊接头的力学性能。结果表明:在保证熔透焊缝的前提下,不同的工艺参数对应的激光焊接接头形状不同,可以分为钉形焊缝、酒杯形焊缝与楔形焊缝。钉形焊缝的硬度平均达到69 HV,抗拉强度达到206.33 MPa,力学性能最好,楔形焊缝次之,酒杯形焊缝的力学性能最差。     

不同热处理条件下2A12铝合金焊接试样的残余应力及力学性能

采用水蒸气等离子焊接技术对2A12铝合金材料进行焊接,采用4种缓冷工艺对其进行缓冷处理,并利用电子万能试验机、奥林巴斯金相显微镜、X-350A型应力测定仪以及HVS-1000型数显显微硬度计对不同缓冷工艺处理后焊接试样的组织和性能进行分析和测定.结果表明:2A12铝合金焊接接头的最大抗拉强度为250MPa.焊接接头包括基体、热影响区、熔合区及焊缝四个区,不同区域的焊缝组织和性能各不相同,其中热影响区由于受焊接热输入的影响出现了晶粒长大、显微硬度降低的现象.此外,经过固溶强化和人工时效处理后,焊接接头的残余应力值大大降低,抗拉强度和显微硬度都有一定的增加.     

Al-Mg-Sc合金与LY12CZ合金激光焊接工艺的研究

为改善LY12CZ合金焊接后的机械性能和抗腐蚀性能,采用激光表面焊接技术对Al-Mg-Sc合金和LY12CZ进行对焊.分析了金相组织、显微硬度、拉伸强度以及抗腐蚀性能,试验结果表明:采用激光焊接技术可以对Al-Mg-Sc合金和LY12CZ进行对焊,不仅可保证较高的强度,还可以获得晶粒细小、硬度高于基体的强化层,并且由于镁、钪合金元素的加入还可以提高铝合金的抗腐蚀性能.     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

针对7xxx高强铝合金的焊接研究现状,主要从TIG,MIG,激光焊及激光−电弧复合焊4类熔化焊工艺进行了介绍;从焊接缺陷、焊缝成形、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金熔化焊过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的TIG,MIG,激光焊及激光−电弧复合焊,焊接缺陷、焊缝成形质量差及接头中强化相熔解等因素都会导致接头发生软化、耐蚀性变差及疲劳寿命降低;通过优化焊接工艺参数,减少焊接缺陷,改善焊缝成形质量,有利于改善接头的软化、耐蚀性差及疲劳寿命低等问题。选用合适的焊丝（含Ti,Zr元素及Er,Sc稀土元素）使焊缝产生沉淀强化、细晶强化及固溶强化,可改善接头软化的问题;采用适当的焊后热处理,改善强化相的尺寸、形态及分布状态,也可改善接头软化的问题;而采用适当的焊后热处理,还可以改善接头的耐蚀性。

     

The effect of scandium on the microstructure,mechanical properties and weldability of a cast Al–Mg alloy

The microstructure, mechanical properties and weld hot cracking behaviour of a cast Al–Mg–Sc alloy containing 0.17 wt.% Sc were compared with those of a Sc-free alloy of similar chemical composition. Although this level of Sc addition did not cause grain refinement, the dendritic substructure appeared to be finer. There was a significant increase in the yield and tensile strength and the microhardness of the Al–Mg–Sc alloy relative to its Sc-free counterpart. A discontinuous precipitation reaction was observed at the dendritic cell boundaries. Microchemical analysis revealed segregation of Mg and Sc at these interdendritic regions. No improvement was observed in the resistance of the alloy to weld solidification cracking or heat affected zone (HAZ) liquation cracking. This is explained in terms of the inability of this level of Sc addition to refine the solidification structure and to influence the liquation of solute-enriched dendritic cell boundaries of the cast material.     

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/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.     

不锈钢活性激光焊工艺研究

以不锈钢SUS304作为试验对象,分别研究了焊接速度、散焦离焦量、激光功率和保护气体等工艺参数以及活性剂和活性元素硫对不锈钢YAG激光焊焊缝成形的影响.试验结果表明,各焊缝表面成形良好,焊接速度和激光功率能明显影响焊缝成形,散焦离焦量和保护气体种类对YAG激光焊焊缝成形的影响较小.与硫含量较低的情况相比,活性剂和活性元素硫含量较高的情况下均能使得焊缝熔宽发生明显收缩,随着热输入量增加,活性剂增加熔深的效果也越明显,表明活性剂对熔深的影响效果与焊接过程的热输入量有密切联系.     

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.     

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.     

背反射增效激光X形焊缝焊接残余应力的数值分析

以1.5 mm厚的TC4钛合金薄板为对象,建立了背反射增效激光焊接成形过程的三维瞬态有限元模型,基于熔池温度场通过间接耦合方式获得了X形焊接成形的应力场.结果表明,在常规激光焊接仅能获得V形焊缝的激光工艺参数下,背反射增效激光焊接可获得对称性好的X形焊缝;同时,其焊缝上表面纵向残余应力与常规激光焊接基本一致,但其焊缝下表面纵向残余应力较常规激光焊接要大,且达到了上表面纵向残余应力相同的水平;此外,不同线能量下背反射增效激光焊纵向残余应力的变化很小,表明背反射增效激光焊接的线能量对其焊接残余应力影响的敏感度较低.     

基于空气耦合超声的激光焊缝质量评估

随着激光焊接技术在汽车及轨道交通上的广泛应用,对激光焊缝的无损检测技术要求越来越高. 针对3 mm以下的两层金属薄板激光焊缝为对象,探讨了空气耦合超声检测技术对激光焊缝检测的可能性. 利用数值解析和试验分析两种方法,在空气中对铝板激励兰姆(Lamb)波,通过Lamb波在激光焊缝试件中的传播模拟,分析了激光焊缝的宽度以及焊缝的良否对反射率及透射率的影响,解明了Lamb波在激光焊缝试件中的传播规律. 结果表明,可以利用Lamb波A0模式对激光焊缝的质量进行评估.