A304不锈钢Nd∶YAG激光焊光致等离子体电信号频谱分析

利用无源电探针检测A304不锈钢在不同的Nd∶YAG激光焊接条件下的光致等离子体电信号,研究了不同的激光焊接模式与激光等离子体电信号频谱分析结果之间的关系,分析了不同条件下的等离子体电信号波形图和频谱图,阐述了不同激光焊接模式下的焊缝横截面成形特征与等离子体电信号波形、频谱特征的关系。结果表明,在试验设定条件下,不同的激光焊接模式具有不同的等离子体电信号频谱特征。利用在500~1000 Hz范围内等离子体电信号频谱的谱强度E的大小可判别激光焊接过程是否为深熔焊,当E较大或超过一定值时,激光焊接模式为深熔焊。     

YAG激光焊接等离子体电信号检测与焊接模式分析

激光等离子体中包含了反映激光焊接过程特征的信息。利用激光等离子体光电信号同步检测系统,检测激光等离子体的光电信号并进行光电信号的对比分析,阐明了电信号与等离子体温度之间的关系;对A304不锈钢、430不锈钢、碳钢Q235等材料的激光表面自熔焊接过程的等离子体电信号进行了实时检测及概率密度分布分析,对深熔焊特征最明显的A304不锈钢进行了电信号概率密度分布的标准差分析。研究结果表明:利用激光等离子体电信号能够实时反映激光焊接等离子体的温度变化的特点,可以根据激光等离子体电信号概率密度分布来分析激光焊接模式的特点,进一步的标准差分析法可以判断A304不锈钢激光焊接的模式。     

TC4钛合金激光焊接等离子体电信号熔透特征研究

利用等离子体光电信号同步采集系统,对钛合金激光焊接熔透焊缝与未熔透焊缝在等离子体特征振荡频率上的差异展开了对比研究。结果表明：对于熔透焊缝与未熔透焊缝,等离子体电信号的特征振荡频率存在明显差异。相比熔透焊缝,在焊接初始阶段,未熔透焊缝的等离子体电信号的特征振荡频率较高,并且特征振荡频率随热输入变化的速度也有明显差异。在相对稳定阶段,未熔透焊缝的等离子体电信号的特征振荡频率的波动范围较小,相对稳定,而此时熔透焊缝的等离子体电信号的特征振荡频率的波动范围较大,稳定性相对较差,特征振荡有明显的不确定性。     

激光-MIG复合焊接304不锈钢工艺研究

为了研究304不锈钢光纤激光-MIG(metal inert-gas welding)复合焊接性能,采用正离焦的方法进行了大量的焊接实验。分析了送丝速率、弧长、激光功率、光丝距离、焊接方向和不同对接接头等参量对焊接成形的影响。结果表明,在焊丝的干伸长度为15mm、光丝距离为2mm、采用前送丝时,通过适当调节送丝速率、弧长可以实现较好的焊接效果;小直径焊丝有利于形成较小熔宽和余高的焊缝,而通过加入引弧板可以解决初始位置焊缝成形较差的问题。因此,采用合适的激光-MIG复合焊接工艺可以实现304不锈钢较好的焊接效果。     

YAG脉冲激光焊接的光致等离子体机理研究

针对 YAG脉冲激光焊接 Al及 4 5#钢时产生的光致等离子体 ,采用空心圆电极探测等离子体电信号 ;建立探测器内等离子体区域分析的理论模型 ,并用试验加以验证。研究结果表明 ,在负电压段 ,等离子体电信号的电流随电压增加呈现饱和趋势 ;理论与试验曲线比较证明 ,等离子体温度高于被焊材料气化温度约 30 0 K。     

不锈钢带的脉冲Nd：YAG激光焊接

在材料加工领域，激光焊接正得到广泛的关注，并已成为替代其它焊接的主要手段之一。由于激光束具有加热面积小，能量密度高，瞬时可使光照区达到熔化温度，因而焊点（缝）结合强度高，热影响区小，对母材性能影响小。CO。激光和固体Nd：xHG激光是目前工业中应用较多的两种激光器。COZ激光易于实现高功率，而固体Nd：YAG激光易为加工材料所吸收，并可用光纤传输，从而实现自动化加工，所以近年来发展比较快。本文采用我单位研制的Nd：YAG激光加工机，研究了不锈钢带（厚O．3～lmm）激光焊接中，工艺参数对焊接质量的影响。通过焊缝成…     

AISI304不锈钢箔振镜扫描激光微焊接工艺

振镜扫描激光微焊接是激光微焊接的发展方向。采用基模光纤激光器及振镜系统对厚度为100μm的AISI304不锈钢箔进行平板扫描焊接,对比研究了氩气保护与无气体保护时的激光微焊接工艺,建立了两种条件下激光微焊接的工艺窗口。结果表明:无气体保护时,激光微焊接会产生不稳定过渡区,其产生机理不是热导焊接模式和深熔焊接模式的交替出现,而是氧化导致的深熔焊接过程不稳定;气体保护可以避免不稳定过渡区的产生,并扩大焊接工艺窗口。     

304不锈钢/T2紫铜超薄板激光搭接焊

采用波长为1070nm的光纤激光,对厚度均为0.2mm的304不锈钢和T2紫铜超薄板进行了激光搭接焊。采用钢-铜-钢三层搭接方法时,能得到良好的焊缝和较宽的工艺窗口。焊缝显微结构呈现出与焊缝边缘平行的黑色层状花纹。能谱分析结果表明,焊缝下部的铜含量高于上部的。显微硬度测试结果表明,接头硬度最低区域为铜层热影响区,单侧热影响区的宽度在1mm左右。拉伸试验结果显示,断裂位置处于铜层热影响区,其最大拉伸强度为213 MPa。     

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。     

304#不锈钢旋转双焦点激光-TIG焊接组织性能

为了提高不锈钢焊接性能,提出了一种旋转双焦点激光-惰性气体钨极保护焊(tungsten inert gas,TIG)复合焊接方法,该方法通过旋转的两束激光与电弧进行旁轴复合.运用自行设计的旋转双焦点激光-TIG复合焊接头对304#不锈钢进行了工艺试验,并分析了焊缝的组织和性能.结果表明,在旋转双焦点激光-TIG复合焊接过程中,焊接电流和激光功率的有效耦合是影响焊缝组织的关键因素,而旋转频率的大小对焊缝的组织形成以及显微硬度都有非常重要的关系,低速旋转时可以引起焊缝的多次重熔,因此使得组织细小,硬度较高.该结果可用于指导激光-TIG复合焊接技术的理论分析及其实验研究.     

真空激光焊接焊缝成形及等离子体特征

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰,扩宽大功率激光焊接的应用范围,对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明,真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形,增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min时,真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现,在焊接速度较小时,环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下,较大的负离焦可以显著增加熔深,改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明,随着环境气压降低,等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加,焊缝成形改变的一个原因。     

非熔透激光搭接焊SUS304奥氏体不锈钢无焊缝侧变形机理

利用光纤激光器对DC01镀锌钢板和SUS304奥氏体不锈钢薄板进行了激光非熔透搭接焊实验、反变形焊接实验,测得了SUS304钢板(下板)表面微凸起的变形量和变形轮廓,研究了非熔透焊后SUS304钢板表面微凸起变形产生的机理。研究结果表明:角变形是SUS304钢板表面微凸起产生的重要原因;通过反变形法矫正角变形可降低微凸起的最大高度,但微凸起区域的塑性凸起变形仍存在;焊接过程中的角变形和热膨胀引起的塑性变形是非熔透搭接焊下SUS304不锈钢板无焊缝一侧微凸起变形的主要原因。     

304L不锈钢扫描激光搭接焊熔池流动与焊缝成形研究

针对MARK III型液化天然气(LNG)船围护系统中的304L不锈钢波纹板搭接接头进行了圆形扫描激光焊接工艺研究。对于圆形扫描激光焊接的搭接接头,其下板焊缝边缘存在咬边,且在较大扫描幅度和较高扫描频率下咬边现象尤其明显。通过高速摄影发现,焊接过程中圆形扫描轨迹内部存在未熔化区域。激光斑点除自身的扫描运动外还叠加了沿焊接方向的移动,随着扫描路径的重复叠加,在扫描激光焊接熔池的内部,未熔化区域逐渐减小,最终达到稳定状态。当扫描幅度或频率提高时,单位长度母材吸收的激光能量减小,熔池温度降低,当前扫描周期下形成的熔池前沿快速凝固,从而导致未熔化区尺寸无法进一步缩小。当扫描幅度降至1.5 mm或者扫描频率降至50 Hz时,未熔化区域较小甚至完全消失,咬边现象也随之消失。     

不锈钢表面镀铜对铝/钢YAG激光焊接的影响

对0.3 mm厚的316L不锈钢/6061铝合金进行了脉冲激光(YAG)封边焊接试验。为了改善铝钢的冶金结合,对不锈钢表面进行了镀Cu处理,对比了镀铜前后的焊接情况;利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头界面区显微组织特征、熔合情况、元素分布和断口形貌。结果表明:对于铝/钢直接焊接,焊接电流I=130 A,激光脉宽D=4 ms,激光频率f=13 Hz,焊接速度V=150 mm/min,气体流量25 L/min,零离焦时,焊缝平整、成型美观。镀铜层形成了铝钢焊接的过渡层,减缓了界面处液态金属传递,抑制了铁铝之间的熔合,铝钢熔合线向钢一侧偏移。不锈钢未镀铜情况下,焊接接头组织主要由靠近铝一侧的针状或粗大板条状Fe2Al5及靠近钢一侧的FeAl 组成;镀铜后Cu主要固溶到Fe中,接头界面组织主要由(Fe,Cu)2Al5、(Fe,Cu)3Al组成。镀铜前后接头拉伸断口形貌未发生明显变化,然而,接头强度明显提高,提高约40.32%,达到15.63 N/mm。     

激光冲击处理304不锈钢表面的形貌特征及其机理分析

为了研究激光冲击强化(LSP)过程中冲击波柔性加载条件下靶材的表面形貌与变形机理的联系,采用短脉冲强激光对304奥氏体不锈钢表面进行LSP处理,在没有对材料表面进行腐蚀的条件下,利用光学显微镜直接观察了LSP处理后材料的表面,并分析了其表面形貌特征与形成机理。研究发现,表面形貌呈现了多晶面心立方(FCC)金属的塑性变形特征,所浮现的形变组织能够直接反映材料在冲击波加载下的变形机制。实验结果表明,激光冲击后材料的表面形貌与塑性变形机制具有对应关系,这为LSP处理的变形机理的研究提供了一种新的实验方法。     

激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系

针对激光深熔焊接过程的监控问题,基于小孔内部压力平衡条件分析了小孔振荡和小孔深度的关系。在此基础上基于小孔行为与等离子体行为的耦合性,以及等离子体振荡特征与等离子体电信号波动特征的一致性,利用短时自相关分析方法分析了A304不锈钢和Q235碳钢在激光深熔焊接过程中等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系。结果表明,等离子体电信号振荡周期随焊缝熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系不同。最后,在可变热输入连续焊接验证实验中,在焊接过程稳定的条件下,等离子体电信号的短时自相关分析结果与焊缝熔深之间有比较好的对应关系,与所分析的小孔振荡特征方程具有一致性。     

中间层对304不锈钢/铌激光焊接头组织及性能的影响

利用纯铜、纯银、纯钨、纯钒、纯钽和纯钼等不同金属材料作为填充金属,采用预置中间层的方法,进行了304不锈钢(304SS)与铌的激光焊接试验。结果表明,在被选择的填充金属中,铜和银作为中间层可以实现304SS与铌的焊接,前者接头强度最高,强度峰值达到250 MPa,是最优填充金属;随着铜层厚度的增加,铜层对于Fe2Nb的阻碍作用增强,接头强度提高,但是铜层厚度不能过大。     

数值模拟驱动的激光透射焊接PET与304L不锈钢的优化研究

生物医学领域中的生物植入体必须使用具有生物相容性的材料进行连接以适应人体内复杂的生物、物理和化学环境。激光透射焊接(LTW)是解决生物医用材料之间连接的一种新方法。由于利用实验方式获得生物医用材料的最佳焊接工艺参数时间长、成本高,因此提出一种数值模拟驱动实验设计、工艺参数建模与优化的方法,对激光透射焊接生物医用材料进行了系统的研究。首先利用有限元模型(FEM)对焊接过程中的温度场进行模拟,并用焊接实验对模拟结果进行验证;然后利用FEM的模拟结果进行实验设计,用人工神经元网络(ANN)建立工艺参数和焊接结果之间的数学模型,并用FEM的模拟结果对此数学模型的预测结果进行验证;最后采用满意度函数(DF)与遗传算法(NSGA-II)相结合的方法,对工艺参数进行多目标优化,并对优化结果进行验证。结果表明:优化的预测结果、实验结果、模拟结果之间均取得了较好的一致性,此方法为有效指导生物医学领域中的焊接实验、提高焊接质量和降低生产成本开辟了新途径。