AA6063-T6铝合金激光焊接实验研究

采用3500 W Slab CO2激光器，对厚度为5 mm的AA6063-T6铝合金板材进行了激光填丝对接焊接实验研究。测定了AA6063铝合金激光焊接的功率阈值，探讨了激光填丝焊接工艺参数对焊缝成型的影响，并对不同填充焊丝焊接接头的强度及拉伸断口形貌进行了分析。研究结果表明，在合适的工艺参数下，可以获得表面光洁、正反面焊缝成型良好的对接接头;焊态下，单面焊接不填充焊丝的接头强度为180.7 MPa;单面焊接填充AlSi12,AlMg4.5MnZr焊丝的接头强度最低为190 MPa，且两种填充焊丝接头的拉伸强度无明显差异;双面焊接填充AlMg4.5MnZr焊丝的接头强度达到200.7 MPa，约为母材的90%。对于单面焊接接头，由于填充材料难以进入焊缝内部及根部存在气孔加剧了拉伸强度较低的程度。     

高强镀锌钢激光填粉焊接工艺试验研究

为了研究高强镀锌钢激光填粉焊接工艺,采用正交实验法优化了激光功率、焊接速度、离焦量等焊接工艺参量。结果表明,激光填粉焊接速率过低时,焊缝易于产生熔质堆积和焊接孔洞;增大离焦量可实现粉末的有效利用;装配间隙为0.25mm（母材厚度的31%）时,高强镀锌钢激光填粉焊接的最佳工艺参量为激光功率1500W,焊接速率30mm/s,离焦量12mm,此时,焊缝表面成形良好,其拉伸试验断裂产生在母材。     

光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接A7N01铝合金接头的组织与力学性能

采用光纤激光与变极性钨极惰性气体复合填丝焊接A7N01铝合金,经工艺参数优化,得到了成形良好、无缺陷的焊接接头。研究了这些接头的显微组织、拉伸和疲劳性能,并分析了疲劳断裂特征及断口形貌。研究结果表明,接头主要由细晶区、柱状晶和等轴树枝晶组成;焊态下接头抗拉强度均值为320 MPa,约为母材的75%;自然时效30天后,抗拉强度均值提高到369 MPa,达到母材的83%;断裂位置位于焊趾应力集中处,拉伸断口呈明显的韧窝状,为典型的韧性断裂;接头的疲劳极限为115 MPa。     

对接间隙对激光填丝焊接头成形与性能影响

为阐明异种钢激光填丝焊接工艺参数对焊缝成形的影响，以不等厚板2 mm 45钢和6 mm 316L不锈钢为试验材料，采用激光填丝焊接方法进行焊接，研究不同对接间隙下的焊缝成形以及焊接接头的力学性能。结果表明，随着对接间隙的增加，余高逐渐减小，焊缝形貌从钉子形向H形过渡，随着对接间隙变大，焊缝形成缺陷。焊缝中心硬度随着对接间隙的增加而减小，焊接接头硬度最高处位于45钢热影响区。焊接接头的抗拉强度随着对接间隙的增加先增大后减小。在对接间隙为0.6 mm时，表面形貌良好且抗拉强度最高，焊接试验断裂位置在2 mm 45钢一侧。     

车用双相钢激光焊接接头组织性能研究

为提高汽车车身用双相(DP)钢焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,利用脉冲Nd:YAG激光器,对DP600进行激光对接焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、材料拉伸试验机等分析测试手段,研究了焊接接头的显微组织和高应变速率下的拉伸性能。结果表明,在合适的脉冲激光焊接参数下,DP600钢板可获得成形均匀的激光深熔焊缝。焊接接头的焊缝区(WZ)主要为马氏体组织,硬度高于母材;热影响区(HAZ)较窄但存在马氏体回火软化现象。焊接接头力学性能对应变速率较为敏感,随应变速率的增加,屈服强度和抗拉强度增加,而塑性均小于母材。不同应变速率下DP600对接焊拉伸断口均为韧窝形貌,呈典型的韧性断裂特征。     

高强镀锌钢激光填粉焊接工艺试验研究

为了研究高强镀锌钢激光填粉焊接工艺,采用正交实验法优化了激光功率、焊接速度、离焦量等焊接工艺参量。结果表明,激光填粉焊接速率过低时,焊缝易于产生熔质堆积和焊接孔洞;增大离焦量可实现粉末的有效利用;装配间隙为0.25mm(母材厚度的31%)时,高强镀锌钢激光填粉焊接的最佳工艺参量为激光功率1500W,焊接速率30mm/s,离焦量12mm,此时,焊缝表面成形良好,其拉伸试验断裂产生在母材。     

Al-Mg系铝合金脉冲激光焊接性能影响因素分析

为了研究铝合金表面状态和焊接工艺方法对焊接接头性能的影响,采用Nd:YAG脉冲激光器对Al-Mg系铝合金激光焊接方法进行了理论分析和实验验证,得到了焊接接头性能实验结果.结果表明,原始表面和碱蚀表面处理的试样焊接过程不稳定,阳极氧化试样焊接中形成了稳定的小孔效应,焊接过程较稳定;阳极氧化、两面焊、填粉焊都能有效提高焊缝熔深和深宽比;试样阳极氧化、双面焊、填粉焊可使焊缝抗拉强度提高1倍以上,其中Al-0.05Si填粉焊提升效果最好;表面处理试样硬度都有所提高,磷酸阳极氧化提高效果最好.双面焊工艺使焊缝和熔合区硬度提高,填粉焊焊缝中心硬度很低但熔合区硬度提高明显,双面焊、填粉焊热影响区硬度低于单面焊.阳极氧化表面处理、双面焊工艺可以有效地改善Al-Mg铝合金的激光焊接性.     

几种高强铝合金的激光填粉焊接

采用2500W Nd:YAG激光加工系统,利用填充粉末激光焊接技术进行了几种高强铝合金的焊接;送粉头采取的是一种新型同轴三层结构形式。结果表明,采用He:Ar=4:1左右的混合气作为焊接时的保护气比单纯使用He气和Ar气保护效果好,而试板背面保护气采用He气或Ar气均可。高速摄像显示,采用填充粉末的激光焊接过程比没有填充粉末的稳定,熔池金属表面的波动性小;在优选的焊接工艺规范下,含有AlSi12合金粉末的焊缝没有发现热裂纹。焊接接头的拉伸强度实验显示,采用填充粉末、激光焊接优化工艺参数获得的2219、2024、LF3、6061等铝合金试件断裂都发生在母材一侧;即使焊接性差的7075铝合金,其焊缝正反表面平滑连续、成型良好,无明显外观缺陷。焊缝强度较未填粉时有大幅度提高,达到了母材的78%。     

保护气成分对铝合金大功率激光焊接的影响

研究使用Rofin公司扩散冷却的( Slab) CO2激光器Plasma Twin10C型送粉器以及专用同步送粉系统进行实验,母材是汽车和航空工业常用6000 系列铝合金(Ag-Mg-Si).试验结果表明,在铝合金的对接扫描焊和送粉焊试验中使用10～30 L/min的氦保护气流量均不能提供有效的保护以获得高质量的焊缝,气孔、咬边、焊缝不连续以及焊缝表面不平滑是常见的缺陷.在随后的试验中对铝合金的对接焊进行了不同气体、不同比例的混合保护气体试验.结果表明,使用(10～20 L He加1～5 L N2)/min的混合气体取得了成功的结果,焊缝表面平滑且没有明显的焊接缺陷.而其它混合气体配方(10～30 L He加5～10 L Ar)/ min、(10～30 L He加5～10L N2)/min以及不同比例的上述三种气体组成的混合气体则在焊缝表面存在不同程度的缺陷.在添粉的激光焊接中氮气是作为送粉气来使用的,流量是1～5 L/min,取得了良好的焊缝成型及性能.X射线衍射结果表明,熔敷金属未见氮化物相存在.焊接接头的拉伸试验结果显示,送粉激光焊的焊接接头拉伸强度略高于母材,断裂发生在母材;而扫描激光焊的焊接接头拉伸强度可达母材的86%,而且屈服首先发生在母材位置.(PE2)     

5083铝合金光纤激光填丝焊接工艺

5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题,采用5087焊丝作为填充材料,对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验,分析了影响焊缝成形的主要因素,并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明:与自熔焊相比,填丝焊工艺参数为功率6kW,焊接速度7.5m/min,送丝速度4.5m/min,光丝间距1.0mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷,获得成形饱满,组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304MPa,约为母材的88%,比自熔焊提高了6.17%左右;延伸率平均为5.43%,比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝,断口呈现典型的韧性断裂特征。     

AZ91D变形镁合金激光焊接头的微观组织与机械性能

对6.3mm厚AZ91D变形镁合金进行CO2激光对接焊试验,激光功率为3500 W,焊接速度为2.5m/min,离焦量为+2mm,氩气流量为10L/min,并采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能拉伸试验机考察接头的微观组织、拉伸性能和接头的断口形貌。结果表明:在此工艺参数下,接头焊缝成形良好;焊缝区由细小的α-Mg等轴晶基体组织和沿晶界分布的β-Mg17Al12组成,但存在微观气孔和微裂纹等缺陷;部分熔化区宽度很窄,为5080μm,靠近焊缝区一侧晶粒局部熔化,靠近母材一侧晶粒未熔化;接头抗拉强度(UTS)为232 MPa,延伸率约为6%,分别为母材的90%和25%;接头在焊缝区断裂,断口形貌表明为韧脆混合断裂。     

5A06铝合金激光填丝焊接头组织性能分析

对1.2mm厚5A06铝合金薄板激光填丝焊接接头组织与性能进行了研究.结果表明,激光焊接过程中填丝使接头显微组织相对粗大和硬度略有降低;同时,填丝淡化焊缝中心柱状晶相对生长所产生的结晶交界面,改善咬边、焊塌等成型不良缺陷.显著提高激光焊接头的拉伸性能,使接头抗拉强度提高10%左右,延伸率提高10%～30%;拉伸断口呈韧性断裂.同时推出填丝可以增加材料对激光的吸收率.     

错边量对车用镀锌钢光纤激光焊接性能的影响

为了研究错边量变化对车用镀锌钢光纤激光对接焊焊接性能的影响,采用正交试验,获得无错边状态下的最优焊接参量,在该最优参量下进行了不同错边量的焊接接头的表面、截面形貌分析,以及显微硬度、接头力学性能和金相组织测试,还研究了对接间隙对临界错边量的影响。结果表明,当错边量小于或等于0.30mm(约板厚的17%)时,焊缝表面成形良好;焊缝区和热影响区显微硬度高于母材;焊缝拉伸强度优于母材,且拉伸试验均断裂在母材区;错边量的变化对金相组织无明显影响;对接间隙的变化对最大允许错边量值有很大影响。     

铝合金激光-MIG复合焊接头性能研究

探讨了激光与电弧相互作用后,焊缝中心上部和下部晶粒大小不同的原因,在此基础上研究了焊接速度的改变对6009铝合金接头的微观组织、拉伸性能、显微硬度的影响。结果表明：6009铝合金激光-MIG焊焊接接头的抗拉强度和延伸率随着焊接速度的增加而增加,拉伸试样的断裂位置由焊缝区转移到热影响区,断口呈现均匀分布的韧窝形貌,断裂机制为微孔聚集形断裂;焊缝中心上部晶粒小于焊缝中心下部,而且尺寸分布均匀。焊缝中心上部的显微硬度则高于焊缝下部。接头热影响区存在软化区,宽度为4～6 mm。     

50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

设计了窄间隙的坡口并采用CO2激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm的30Cr2Ni4Mo V转子钢,焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征,通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能,结果表明:选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm厚30Cr2Ni4Mo V钢对接焊接头成形良好,无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性良好,表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材,接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区,焊缝区的硬度较HAZ低很多。     

低合金高强钢激光-MAG复合多层焊接头力学性能

在对16 mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢采用激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合多层焊技术实现可靠连接的基础上,对焊缝和母材的硬度、拉伸、冲击性能进行分析,并从断口特征方面对其断裂原因和机制进行研究。结果表明,焊缝抗拉强度达到817 MPa,比母材高13%,其断口韧窝相对细小均匀,而母材断口的粗大韧窝明显多于焊缝,表明焊缝强度高,母材韧性好。冲击试验中随着温度降低,母材冲击功保持稳定,而焊接接头冲击功逐渐减小,-40℃左右发生延-脆性转变。焊缝断口主要存在韧性断裂区和脆性断裂区,而母材只存在韧性断裂区。     

50mm厚SA508Gr.3Cl.2钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺,焊接了50mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明,焊接接头无宏观缺陷;热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体,母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体,硬度为280HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材,接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的,但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。     

6.0mm厚5183铝合金激光摆动焊接工艺研究

为了解决6.0mm厚5183铝合金激光焊接气孔问题,采用IPG双楔形镜旋转摆动焊接头进行激光平板对接焊,通过改变扫描模式、扫描频率、扫描振幅等摆动焊接参量进行激光焊接试验,研究了激光摆动工艺对厚板铝合金非穿透焊接接头质量的影响规律,找出最优工艺参量并进行了验证试验。结果表明,激光摆动焊接的铝合金焊缝外观形貌显著改善;除直线扫描模式下有少量气孔外,其余4种扫描模式（顺时针圆、逆时针圆、数字8和无穷大）实现基本无气孔;焊缝截面气孔率随着扫描频率和扫描振幅的提高显著减少,当扫描频率大于200Hz和扫描振幅大于2.0mm时,能得到基本无气孔焊缝;6.0mm厚铝合金对接最优工艺参量为无穷大扫描模式,扫描频率300Hz,扫描振幅3.0mm,可得到无气孔、抗拉强度271MPa、为母材强度88%的对接接头。激光摆动焊接法显示出了良好的应用前景。     

摆动工艺对钛合金窄间隙激光填丝焊缝成形及气孔率的影响

本文探索了光束摆动对TC4钛合金窄间隙激光填丝焊缝成形和气孔率的影响。研究结果表明,无摆动时,焊缝表面起伏不连续,横截面窄而深,增加光束摆动之后,表面成形连续均匀,横截面相对变得宽而浅。当采用垂直或圆形摆动方式,摆动幅度为1.5～2 mm,摆动频率在20～100 Hz之间时,获得了焊缝表面和横截面成形良好的焊接接头。当采用圆形摆动,摆幅为2 mm,摆动频率在100～200 Hz之间时,获得的焊缝无明显气孔。采用该工艺进行了20 mm厚TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接,焊接接头呈银白色,焊缝均匀连续,接头拉伸性能测试表明,其最大抗拉强度达930 MPa,接头强度与母材等强,断裂方式为韧性断裂,拉伸试样断裂在母材。     

填镁改善5052铝合金激光焊接接头机械性能研究

在铝合金激光搭接焊中,镁元素烧损将大大降低焊缝的抗拉强度。为了消除铝合金激光搭接焊中镁元素的烧损对焊接接头的负面影响,采用在铝合金激光焊接接头中填加镁粉的方法,研究焊接速率对镁元素烧损的影响。实验中,测量了焊缝中镁元素在垂直和水平方向的分布,并对焊接接头抗拉强度进行了测试;分析了焊接接头中镁含量和抗拉强度之间的关系,比较了填镁量不同时各焊接接头的抗拉强度。结果表明,镁元素的烧损极大地影响了焊缝的抗拉强度,在激光焊接中填镁能有效地提高焊缝的抗拉强度;相比没填镁,填镁的焊接接头抗拉强度最大改善可以达到36.06%;当焊缝中镁元素的质量分数大约是0.026时,抗拉强度强度达到最大值。这为改善铝合金激光焊接接头强度提供了新的理论依据和方法。