7050铝合金表面Al/Ti激光熔覆工艺实验及温度场模拟分析

在7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体,通过3因素3水平正交试验得知当激光功率为1.5 k W,扫描速度为150 mm/min,离焦量为50 mm时熔覆层质量最优。模拟计算得到正交试验工艺参数下的光斑中心最高温度值,并利用极差分析得到:正交试验因素对中心点最高温度值影响程度从大到小的顺序是扫描速度V,激光功率P和离焦量S。通过对9组试样熔池尺寸及不同位置点温度随时间变化趋势分析可以得到,试样前端结合较差是由于熔覆过程中基体熔池深度较小,不足以使基体与熔覆材料很好地结合;而后端都出现的不同程度的变形和烧蚀,是末端温度急剧积累引起的。通过分析Al/Ti熔覆层的金相组织可知,熔覆层组织以胞状树枝晶为主,且分布均匀细密。     

基于AlCu焊丝的铝/钢激光-CMT复合熔钎焊工艺及性能分析

采用AlCu焊丝对铝/钢异种金属进行激光-CMT复合熔钎焊试验,系统研究复合焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律,分析接头的硬度分布、微观结构及拉伸性能。研究结果表明：提高激光功率、增大送丝速度或降低焊接速度均可以提高铝在钢侧的润湿铺展效果,获得了优化的复合焊接工艺参数：激光功率2 100 W、送丝速度4.0 m/min和焊接速度1.0 m/min。铝/钢界面金属间化合物呈现双层结构,靠近钢侧为板条状,靠近铝侧为针尖状,在最佳复合焊接工艺参数下的金属间化合物层厚度约为2.1μm,相组成为Fe₄Al₁₃、Fe₂Al₅、FeAl₃和Al₂Cu。接头的平均抗拉强度约为164.9 MPa,可以达到铝合金母材的67.3%,断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂模式。     

高温合金-不锈钢异种金属光纤激光焊接试验研究

采用光纤激光对GH3128与304不锈钢进行对接焊,研究了焊接速度、激光作用位置等工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响规律。结果表明:通过工艺参数优化,可以获得无气孔、裂纹等缺陷的焊接接头。焊接速度较低时,焊缝上下部的熔宽较大,随焊接速度的提高,焊缝下部的熔宽减小到与中部相当,随激光作用位置向不锈钢侧靠近,接头强度和延伸率降低。当激光作用于GH3128侧,在焊接速度小于2m/min时,焊接接头拉伸试验时断于304不锈钢母材:当焊接速度为3m/min时,焊缝存在未熔合,接头强度仅为母材的37%。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

激光熔覆35.8%Fe-20%Ti-20%Al-24%Cr-0.2%Y2O3涂层组织与性能研究

采用激光熔覆工艺在304不锈钢板表面制备质量分数35.8%Fe-20%Ti-20%Al-24%Cr-0.2%Y₂O₃的合金涂层,并对涂层的组织、元素分布和力学性能等进行了表征。结果表明：激光功率2200 W、扫描速率5 mm/s、搭接率50%条件下,获得的一次成型涂层,其组织均匀致密,无裂纹、气孔等缺陷;涂层与基体间为冶金结合,稀释率为7.31%;涂层相组成为(Fe,Cr)Al、Y₂TiO₇和TiO₂,晶粒平均尺寸为6.7μm;涂层具有较高的硬度和良好的高温耐磨性能,硬度达到550 HV(基体为210 HV),400℃条件下磨损试验质量损失率仅为304不锈钢的3.67%。     

工艺参数对20CrMnTi基激光熔覆Ni60A-TiC涂层组织及耐磨性能的影响

为延长平模的使用寿命，采用激光熔覆技术在20CrMnTi钢表面制备Ni60A-TiC复合涂层。以稀释率和显微硬度为指标，设计三因素三水平正交试验，得出影响熔覆层质量的因素按重要性由大到小排序依次是送粉速率、扫描速度和激光功率。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、三维形貌仪以及X射线光电子能谱仪(XPS)综合分析了涂层的组织、元素分布和耐磨性能。结果表明：最佳工艺参数组合为激光功率1.4 kW，扫描速度7 mm/s，送粉速率21 g/min；在此工艺参数下制备的涂层的磨损形式主要为磨粒磨损，涂层的显微硬度为1252 HV，磨损率为1.5×10^-5 mm³/(N·m)，表面粗糙度为1.50μm，相比于20CrMnTi基体磨损深度降低了82.1%，复合涂层的耐磨性显著提高。本研究在延长平模使用寿命方面具有较高的参考价值。     

阀芯端帽工作面激光合金化工艺优化

利用固体脉冲Nd:YAG激光器研究脉冲工作电流、扫描速度和光斑直径对阀芯端帽工作面激光合金化质量的影响,以合金层的表面硬度和厚度作为衡量指标,通过正交试验得出最优工艺参数组合为:脉冲工作电流I=75 A,扫描速度v=80 mm/min,光斑直径d=1.5 mm。     

聚丙烯塑料激光透射焊接工艺

利用正交实验方法,研究了聚丙烯(PP)塑料的激光透射焊接工艺参数对焊接质量的影响。对焊接样品进行拉伸测试和切片实验,分析了各焊接因素对拉伸强度和焊缝宽度的影响。结果表明,各焊接因素对焊接强度的影响大小顺序为:焊接速度→激光器的频率→焊接后冷却时间→夹具的夹紧力→光斑直径→激光器功率,并发现激光能量密度过高会导致样品表面焦化形成黑色焊缝,焊缝不均匀则产生伪断裂现象。并用极差法确定了聚丙烯的最佳焊接工艺参数。     

锆基非晶合金与不锈钢激光焊接的接头特性

为了优化非晶合金与晶体金属的激光焊接工艺,运用最大平均功率300 W脉冲红外激光焊接锆基非晶合金Zr₅₇Nb₅Cu_15.4Ni_12.6Al₁₀与440、304、17-4PH不锈钢。采用材料分析手段和力学测试方法对实验焊接接头的材料微观组织、成分组成以及力学性能进行了表征,取得了合适的激光偏移量焊接工艺参数、焊接接头微观组织特性数据及其力学性能数据。结果表明,激光焦点往不锈钢侧偏移0.2 mm～0.3 mm可以使焊接熔化均匀并有效提高抗弯强度,通过合适的焊接工艺使非晶合金与17-4PH接头抗弯强度达339 MPa;非晶合金与3种不锈钢的激光焊接接头主要分为熔化混合区与热影响区,熔化混合区中发现了呈树枝状与颗粒状的结晶组织,焊后通过低温退火可使抗弯强度提升14%～48%。此研究结果对扩大锆基非晶合金在各个领域的应用具有指导意义。     

低镍铬无限冷硬铸铁轧辊激光表面合金化的工艺研究

通过正交实验与综合平衡法结合指标的预估计值对激光陶瓷合金化技术处理低镍铬无限冷硬铸铁轧辊的工艺参数进行了优化.结果表明,最佳的工艺参数如下,激光功率为4800W,扫描速度为3.5m/min,光斑直径为2.4mm.在钢厂的装机实验中平均的过钢量提高了1.2倍以上.     

铝合金高功率CO2激光粉末焊接

采用PFL-1A型激光加工送粉器和新型双层送粉喷嘴,在(Slab)CO2激光器上对一种较常用的高强度铝合金A2219进行焊接实验。研究了粉束落点相对激光光斑位置变化、送粉与焊接的相对方向对送粉时焊接过程和粉末利用率的影响。并研究了激光功率、离焦量和焊接速度的合理匹配。结合高速摄像仪和光束光斑诊断仪的观察数据对实验现象和结果进行了合理的分析,并给出优化的工艺参数区间。实验表明,只有当粉束作用在靠近熔池结晶前沿,偏离光斑后侧0.5~1 mm的区域,粉束才能有效地进入熔池;当送粉量一定时,需要相应的功率、功率密度和焊接速度匹配,粉束才能有效利用,得到理想的焊缝。通过优化工艺参数,成功获得了具有理想余高、成形良好、焊接过程稳定的焊缝。     

活性激光焊接304不锈钢温度场的数值与试验研究

为了研究活性剂对激光焊接试样熔池温度的影响，以304不锈钢厚板为对象，建立了活性激光焊接的ANSYS 3维有限元模型，数值模拟其焊接温度场，并采用红外热像仪同步监测熔池温度变化情况。综合数值计算与试验检测数据，对比分析了涂覆不同活性剂及未涂敷活性剂的试件在激光焊接过程中的温度变化趋势。结果表明, 数值模拟结果与试验结果基本吻合，活性剂涂敷并未对温度场分布造成明显影响，但对熔池的峰值温度略有改变，相比未涂敷活性剂焊接试件，SiO₂和TiO₂活性剂使熔池峰值温度升高约7%~9%，NaF活性剂使熔池峰值温度降低约5%。此研究将丰富和发展活性激光焊接厚板的基础理论，为活性激光焊的推广应用提供重要理论和试验基础。     

2195-T8铝锂合金激光填丝双面焊熔池行为与接头力学性能研究

铝锂合金以其质轻、高强、耐腐蚀等优势成为新一代航空航天应用材料,与其他铝锂合金相比,2195-T8铝锂合金焊接性能最优。基于液体火箭贮箱连接处的焊接需求,采用激光填丝双面焊接可以获得质量较好的接头。针对焊接过程中熔池内流体流动与温度的变化,建立了热-流耦合数学模型,通过数值模拟的方法对2195-T8铝锂合金焊接过程进行了研究,而后开展了接头轴向拉伸强度测试实验,阐明了焊接速度与填丝速度对熔池成形、流动与热输入的影响,并得到了不同焊接工艺参数下的最高接头强度。研究结果表明：4组不同焊接工艺参数下,第一面焊接与第二面焊接的熔池内流体流动趋势基本一致,主要为熔池左侧的顺时针涡流与右侧的逆时针涡流;提高焊接速度或填丝速度可以改善熔池成形质量,降低熔池热输入,细化焊缝熔合区中以柱状晶为代表的晶粒,进而有效提升接头力学性能;通过对4组不同焊接工艺参数的数值模拟与实验结果进行对比分析,最终得到熔池成形质量最好、热输入最小的焊缝,其接头轴向拉伸强度高达426.4 MPa,为母材强度的72.6%,对应的焊接速度与填丝速度分别为50 cm/min、1.8 m/min。     

钢/铝异种金属预置Si粉的光纤激光焊接

Fe/Al难熔合、易生成Fe-Al脆性金属间化合物是钢/铝异种金属优质高效焊接亟待解决的技术难题。对厚度分别为5mm、6mm的低碳钢和铝合金板进行了对接处开设坡口、并在界面结合处预置Si粉的光纤激光焊接实验研究,通过调整焊接工艺参数和预置粉末得到成形良好的焊缝。利用卧式金相显微镜、电子显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪等设备对焊缝及母材区进行了观察与检测。结果发现:在激光功率为1.8～2.0kW,焊接速度8～10mm/s,离焦量-2.0mm,Ar为保护气体且流量为15L/min,光斑偏向钢侧距界面结合处0.2mm的工艺条件下,激光焊接钢/铝异种板材,可实现钢/铝熔合,焊接类型为热传导焊,焊缝区域晶粒细小,硬度高于两侧热影响区及母材,钢/铝结合界面分界线明显,界面处熔化金属互相扩散嵌入母材,呈齿轮式"啮合"态连接在一起。对钢/铝实施热传导焊,可有效控制熔池中Fe、Al熔化量;预置Si粉改善了焊池熔化态下的流动性,熔化金属易于在结合界面铺展,钢/铝焊缝区形成了结构稳定的Al9Si、Fe0.9Si0.1化合物,抑制了Fe-Al脆性金属间化合物的生成。     

基于响应面法与粒子群算法的石油管螺纹激光清洗工艺参数优化

为了探究激光功率、离焦量、扫描速度等工艺参数对石油管螺纹激光除锈效果的影响规律并获得最优工艺参数组合,以表面粗糙度值为指标,采用正交实验法进行石油管螺纹激光清洗实验,得出影响激光清洗效果因素的显著性排序。通过单因素实验法,得出不同工艺参数下的表面粗糙度值和氧元素含量的变化规律。以氧元素含量衡量清洗样件的表面损伤程度,以表面粗糙度为优化目标进行工艺参数优化。基于响应面法建立优化目标与激光工艺参数之间的数学模型,将数学模型与优化后的粒子群算法结合,得出优化工艺参数组合,即激光功率为488 W,离焦量为+3 mm,扫描速度为3000 mm/s。在优化后的工艺参数下进行管螺纹激光清洗加工,实验结果表明,管螺纹表面锈蚀层被去除,基底表面清洗效果良好,且熔池周围无熔融物,证明了方法的有效性。     

304不锈钢激光抛光的参数优化及抛光层性能分析

将光纤脉冲激光器的激光功率、重复频率、离焦量和扫描速度作为影响因素，以AISI304不锈钢的表面粗糙度作为评价指标，设计了激光抛光的正交试验，通过极差分析得到最佳工艺参数组合，在此参数组合下快速将表面粗糙度降低约67%。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站等研究了激光抛光前、后的表面性能变化及机理。结果表明：激光抛光后，试样表面硬度降低了约15%，自腐蚀电流密度提高了10.978μA/cm2。抛光层内C、Cr元素含量（质量分数）分别降低了约2.4%和3.2%，平均晶粒尺寸减小了约0.37μm，抛光表面的残余应力约为139.6 MPa。分析得出，随着C元素含量的减少，试样表面浅层金属发生软化，从而表面显微硬度降低；Cr元素含量的减少弱化了不锈钢的钝化能力，同时晶粒细化与残余拉应力的存在为腐蚀性Cl-提供了快速扩散路径，使得试样自腐蚀电流密度明显提高。     

传感器不锈钢外壳激光焊接封装工艺研究

采用Nd∶YAG激光对井下作业光纤传感器的SUS304不锈钢外壳进行了焊接.为改进传感器不锈钢外壳封装工艺,满足井下作业环境对传感器不锈钢外壳较高的强度和较好密封性要求,采用正交实验设计方法优化了激光焊接的工艺参数并比较了优化效果.优化的激光焊接参数为电流180A,脉宽3ms,频率30Hz,扫描速度10mm/s.对焊接接头进行了拉伸强度测试、断口分析、金相组织分析、显微硬度分析.结果表明:优化参数的焊接试样质量明显好于未优化参数的试样,其抗拉强度为767.5N/mm2,达到基材抗拉强度的96%,拉伸断裂机制为韧性断裂;焊缝组织没有出现气孔、裂纹等缺陷;焊缝硬度与基材相当,硬度范围为HV0.3230～250.     

碳纤维增强复合材料与钛合金激光连接仿真

为了研究不同工艺参数对TC4钛合金与连续编织碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料（CFPEEK）的激光焊接接头的影响规律，并对焊接工艺窗口进行预测，使用ABAQUS软件建立基于热传导的有限元仿真模型，计算TC4钛合金/CFPEEK激光焊接接头的温度场分布。针对CFPEEK中连续编织碳纤维的实际铺层情况，在建模时对复合材料进行分层处理，将碳纤维层视为正交性质的材料。在此基础上探究了激光功率、焊接速度、光斑尺寸对焊缝熔化深度及宽度的影响规律，计算结果与实际试验结果吻合度较高，激光功率、焊接速度、光斑尺寸等工艺参数均对接头结合处的温度有较大影响。经过多组参数的计算，得到了TC4钛合金/连续编织CFPEEK激光连接的预测工艺窗口。结果表明，所建立的有限元模型能够有效模拟连续编织CFPEEK与TC4钛合金激光连接的温度场分布，对实际试验有一定指导意义，可降低试验成本。     

20CrMo钢表面高速激光熔覆工艺参数优化

为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题,同时获取更高质量的耐磨涂层,采用高速激光熔覆设备,以JG-3铁基合金作为熔覆粉末,在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量,涂层硬度以及耐磨性为表征变量,通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明,极差分析中,工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度>送粉速度>激光功率;方差分析中,显微硬度和磨损失重量的F值大小均为F_B>F_C>F_A,表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度>送粉速度>激光功率,这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为：激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。     

激光焊接参数对有机玻璃与不锈钢接头力学性能的影响

通过对有机玻璃与304不锈钢进行异种材料的搭接焊试验,研究了焊接过程中出现的物理现象及焊接缺陷。利用正交试验得到了优化的工艺参数组合,并获得了成形良好的焊接接头。分析了工艺参数对剪切应力的影响。研究结果表明,激光焊接速度、脉冲宽度、光斑大小和脉冲频率对剪切应力具有较大影响,焊接接头的最大剪切力为191N·mm-2。焊接缺陷和能量密度是导致焊接接头失效的主要因素。