焊接方向对光纤激光-MIG复合焊接钛合金焊缝成形的影响

新型光纤激光器具有光束质量好、电光转换效率高、维护费用低、抽运寿命长、可光纤传输及体积小等显著优势,并且由于波长短,几乎可以被大多数的金属和合金吸收,因此可适用于各种材料的焊接和切割,受到工业界广泛的关注。采用光纤激光与惰性气体保护(MIG)电弧复合热源进行了TC4钛合金的焊接工艺试验,研究了激光引导电弧(LL)和电弧引导激光(AL)两种焊接方向对钛合金焊缝表面成形、横截面形貌、熔深、熔宽和余高的影响。试验结果表明,与AL方向焊接获得的焊缝相比,LL方向焊接获得焊缝的表面成形较好,焊缝的熔宽较宽,但熔深较小,而改变焊接方向对焊缝的余高影响很小。     

激光-MIG复合焊接工艺参数对焊缝形状的影响

本文以激光-MIG复合焊焊接工艺参数对焊缝形状的影响为出发点,对复合焊进行了初步的研究。实验研究了激光与电弧之间的距离、离焦量、焊接速度、送丝速度、电弧的类型以及激光的倾斜角度等工艺参数对复合焊焊缝的熔深熔宽的影响。实验表明,激光与电弧之间的距离(DL A)对复合焊的熔深影响较大,在DL A为2mm时,熔深达到最大。离焦量主要是通过影响能量密度来影响熔深和熔宽,在离焦量为+2mm时熔深达到最大,不同于单独激光焊负离焦时熔深最大。焊接速度有一个合适的范围,在这个范围内随着焊接速度的增加,熔深熔宽减少。送丝速度对复合焊的焊缝形状影响最大,送丝丝度较小时焊缝形状类似于单独激光焊;送丝速度过大电弧等离子体屏蔽激光,焊缝形状类似于MIG。激光的倾斜角度对复合焊的焊缝熔深熔宽也有一定的影响,当激光的倾斜角度为10oC时,熔深达到最大熔宽最小。     

热源空间位置对激光电弧复合焊接焊缝成形的影响

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。     

焊接速度对激光-电弧复合焊接焊缝成形和低温冲击韧性的影响

开展了440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接试验,研究了焊接速度对焊缝成形和低温冲击韧性的影响规律。结果表明,焊接速度对焊缝成形具有较大影响：焊接速度较小时,焊接热输入较大,熔池易塌陷;焊接速度较大时,由于激光能量密度不足,激光小孔熔透不稳定,焊缝底部易形成驼峰。随着焊接速度增大,440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝的低温冲击韧性呈先增加后降低的趋势：当焊接速度低于1.0 m/min时,焊缝的-40℃冲击吸收功较低,小孔型气孔是主要影响因素;当焊接速度为1.2 m/min时,气孔倾向小,焊缝的冲击吸收功达到了175 J;当焊接速度增加到1.5 m/min以上时,贝氏体含量较大,焊缝的低温冲击吸收功下降。     

激光-电弧复合焊接工艺参量的研究进展

激光-电弧复合焊接足近几年在国际上得到迅速发展和廊用的焊接前沿新技术,是材料优质高效连接的最佳熔焊工艺.激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种工艺,影响焊接过程的参量较多,而这些因素的设置对焊接过程的稳定性、焊接接头的质量都有重要影响.从激光器类型的选择、辅助电源类型的选择、焊接方向、激光离焦量、激光-电弧之间距离...     

激光填丝焊接焊缝成形质量控制系统研究

研究了激光填丝焊接中相关的工艺参数对焊缝成形质量的影响。比较了对接间隙宽度发生变化时控制送丝速度或焊接速度两种情况下获得焊缝成形的质量。结果表明,间隙较小时调节送丝速度较好,间隙宽度较大时则调节焊接速度为佳。针对高精度焊接条件下焊缝成形质量控制要求,设计了一套以80c51单片机为核心的双单片机系统,该系统在焊接过程中可根据坡口间隙宽度选择性地实时调节送丝速度或焊接速度,以保证激光填丝焊接全过程获得良好的焊缝成形质量。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

基于回归分析的钛合金T型接头激光焊接焊缝成形尺寸预测

利用光纤激光对TA15钛合金蒙皮网格结构进行焊接,采用同轴高速摄像监测方案对不同焊接参数下的熔池形貌进行图像采集与特征提取。结果表明,采取基于亮度特征的熔池边缘分段提取方法可以解决熔池图像前后亮度不均匀问题,提取准确的熔池边缘信息。熔池宽度和后拖角度与对T型接头焊缝结合面宽度具有强相关性,熔池长度、宽度、后拖角度与T型接头焊缝熔深具有强相关性。同时,建立了焊接工艺参数与焊缝成形的回归分析模型,并对焊缝成形尺寸进行预测,焊缝结合面宽度和熔深的平均预测误差分别为0.14 mm和0.10 mm。     

万瓦级激光-电弧复合焊接焊缝成形特性分析

为探究万瓦级激光-MAG复合焊接焊缝成形特性,在不同的激光功率下,对比分析了三种不同复合焊接方法在焊缝成形、等离子体形态方面的差异性及关联性。结果表明：随着激光功率变化,焊缝的特征尺寸及波动与等离子体的特征尺寸及波动具有一定的对应关系,具体表现为：随着激光功率增加,等离子体面积及其波动都增加,焊缝熔深、熔宽及其波动均增加;当激光功率增加到20 kW时,等离子体面积及其波动的增量开始减小,焊缝尺寸的增量也开始减小,焊缝成形质量开始变差。激光-单丝MAG复合焊接方法在20、25、30 kW激光功率下的平均熔深增量相比5、10、15 kW下的减小了71.64%。在相同的工艺参数下,与激光-单丝MAG复合焊接相比,激光-单丝MAG复合填丝焊接下的等离子体面积及其标准差显著增加,熔深减小,成形变差,而激光-双丝MAG复合焊接下的等离子形态、焊缝成形变化均不明显。随着激光功率增加,不同的添丝方式体现在焊缝成形及等离子体形态等方面的差异性逐渐增强,当激光功率增加到20 kW时,焊缝熔深以及影响熔深的等离子体面积及其波动的增量有所减小。     

形状记忆合金YAG激光焊接

采用YAG激光焊机对TiNi形状记忆合金板材进行焊接性研究.通过大量工艺试验确定合适的激光工艺参数范围.分别对焊接接头各部分微观组织特点、组织结构、记忆性能、抗拉强度进行了研究.研究发现,焊缝组织晶粒粗大,有新相Ni3Ti的析出;焊接热影响区较窄;焊接接头的形状恢复率是母材的97.4%;母材抗拉强度为Il55MPa,焊接接头抗拉强度达798MPa,是母材抗拉强度的69%,断裂部位在焊缝中心.     

NiTi合金激光气体氮化对其生物活性的影响

NiTi形状记忆合金(NiTi SMA)广泛应用于医学领域。采用高功率连续波固体Nd:YAG激光进行氮化表面改性处理，选择适当的激光辐照工艺参数，在置于N2反应室中的NiTi形状记忆合金表面制备激光氮化改性层。改性层表面被厚度为1～2 μm的TiN陶瓷层封闭，涂层内部TiN增强相成梯度分布。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量损失谱(EDX)、X射线衍射(XRD)仪及模拟人体体液浸泡实验对改性层的组织形貌、成分、结构及生物活性进行分析评价。结果表明，改性层表面Ni含量极低，与基体NiTi合金存在良好的冶金结合，界面处成分均匀过渡。在模拟人体体液SBF溶液中沉积实验结果表明，NiTi合金经激光氮化改性处理后，改性层诱导Ca,P沉积物形成能力明显增强，说明激光氮化改性有效地改善了NiTi形状记忆合金作为医用植入材料使用的生物相容性。     

CO2激光焊接船用铝合金T型材的焊缝成形控制

分析了船用铝合金T型材的特点,提出激光焊接船用铝合金T型材的方法。采用CO2激光填丝焊接方法实现了6.0mm厚船用5083铝合金T形构件角焊缝的焊接。在平板扫描焊接实验的基础上,重点研究了激光束入射角度、作用位置及焊接速度与送丝速度的匹配关系对角焊缝成形的影响。针对6.0mm的5083铝合金,采用Ar和He混合保护气在激光功率为3300～3500W,离焦量为0的情况下进行焊接。激光入射角度为22°～25°,激光作用于竖板距横板0.8～1.0mm处,焊接速度2.2～2.5m/min,送丝速度2.5～2.8m/min的条件下,能够得到满意的角焊缝成形。同时,讨论了船用铝合金T型材CO2激光焊接过程中产生气孔和过程不稳定的原因。     

Zr基大块非晶合金的激光焊接

采用激光焊接技术,对Zr基大块非晶合金(BAA)Zr45Cu48Al7(原子数分数(%))进行了焊接实验,研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响,初步探讨了在焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明,在激光输出功率1200 W,焊接速率8 m/min的条件下,成功地获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝和热影响区均没有出现晶化现象,仍然保持非晶结构。而当激光输出功率不变,焊接速率分别为2 m/min,4 m/min的工艺条件下,焊接后的接头则出现了不同程度的晶化现象。利用光镜和微区X射线衍射(XRD)实验分析确定:2 m/min条件下焊缝和热影响区均出现了晶化现象,晶化相主要为ZrCu相和Zr38Cu36Al26相(5τ);4 m/min条件下焊缝未出现晶化现象而热影响区出现晶化,晶化相主要为ZrCu相和5τ相。     

钛合金激光填丝焊接

在大量工艺实验的基础上，研究了钛合金激光填丝焊接中影响焊接过程稳定性的主要因素和影响焊缝成形的主要工艺参数，获得了一定条件下送丝速度与焊接速度的合理匹配范围。研究结果表明，熔滴过渡方式和离焦量是影响焊接过程稳定性的主要因素，送丝速度和焊接速度是影响焊缝成形的主要工艺参数，为了获得良好的焊缝成形，送丝速度与焊接速度必须合理匹配。     

高强铝合金的激光焊接头组织及力学性能

采用CO2激光器对高强铝合金2519-T87进行焊接,研究了其激光焊接头组织和力学性能特征,并与熔化极气体保护焊(MIG)焊接头的组织和力学性能进行了对比。实验结果表明,激光焊焊缝组织细小,晶界共晶相呈短棒状均匀分布,时效后焊缝中有大量细小θ′相均匀析出,且熔合线附近没有形成等轴晶区,而熔化极气体保护焊焊缝组织晶粒粗大,晶界共晶相呈长条网络状分布,时效后焊缝中的θ′相尺寸大,数量少,且分布不均匀,熔合线附近还存在一个较宽的等轴晶区。焊后时效激光焊接头抗拉强度可达到母材的74%,并且随着焊接速度的增加,接头抗拉强度随之增加,而熔化极气体保护焊焊接头抗拉强度仅仅只有母材的61%,且激光焊接头的热影响区(HAZ)中没有明显的软化区。     

低能量密度下飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金靶材的微观相变行为

运用结合双温模型的分子动力学方法,数值模拟了脉宽为100 fs的超短脉冲激光烧蚀B2结构镍钛形状记忆合金薄膜的作用,研究了较低能量密度下B2结构镍钛形状记忆合金靶材的相变过程。结果表明,超快激光与B2结构镍钛形状记忆合金相互作用时,压力波传播引起了热能的弛豫。脉宽为100 fs,功率密度为20~35 mJ/cm2的激光与靶材作用时,烧蚀产生的压力波在其传播过程中诱导靶材发生了相变,并形成三明治结构。     

铝合金激光双光点焊接

对铝合金薄板激光单光点和双光点焊接(包括不填丝和填丝)的焊缝成形、对接间隙和准直度容许裕度以及气孔状况进行了比较，分析了双光点能量分布的激光对铝合金焊接的影响。结果表明，与激光单光点焊接相比，激光双光点焊接铝合金可以改善焊缝表面质量、增大焊缝熔宽并放宽对接间隙和准直度容许裕度、显著减少焊缝中大气孔的数量，但对焊缝中小气孔数量的影响不明显。填加焊丝可以改善激光单光点焊接铝合金焊缝的表面质量并放宽对接间隙和准直度容许裕度，但将增大焊缝产生大气孔的倾向。采用激光双光点焊接仍可使焊缝中大气孔的数量明显减少。     

2198-T851铝锂合金激光焊接工艺研究

铝锂合金被认为是在航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。采用高功率光纤激光器焊接1.76mm厚的2198-T851铝锂合金,研究填充ER4047焊丝时激光功率、焊接速率和送丝速率对焊接热裂纹和焊缝组织的影响,以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,当激光功率为4kW,焊接速率为4m/min,送丝速率为4m/min时,填充ER4047焊丝焊接可获得成形良好且无宏观裂纹缺陷的焊接接头。接头的平均抗拉强度为342MPa,拉伸断裂后接头断裂强度达到母材的65.4%,熔合区为薄弱部位。     

Nd∶YAG激光焊接殷钢材料的工艺研究

利用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36进行了对焊实验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。对2 mm厚度的殷钢对焊接头的硬度变化进行了检测,同时对比分析了焊缝和基体的金相组织。结果表明,激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区大小的主要因素,激光焊接速度的选择范围相对较小,离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性,焊缝的组织成分没有发生明显变化,显微硬度略低于基体,焊缝处的金相组织为奥氏体柱状晶,并且呈现奥氏体晶粒粗化现象。