基于同轴图像传感的激光焊接过程质量监测技术

针对激光焊接过程中由于参数不匹配、装配误差等原因造成的焊接过程不稳定等焊接缺陷,基于同轴图像传感技术,建立起一套激光焊接过程中的质量在线监测系统,对焊接过程中的熔池图像进行了采集分析及其熔池特征信息的提取. 结果表明,在激光功率为1 500 W的不等厚不锈钢薄板激光焊接试验条件下,焊接过程中的不稳定、下塌缺陷以及焊偏现象与熔池形状各特征信息变化具有一定的相关性. 结合BP神经网络算法对所提特征信息进行分类、识别,基于LabVIEW软件平台,可实现相应缺陷的自动化识别及报警功能.     

中厚板TC4钛合金真空环境激光焊接特性

在大气和真空环境下使用光纤激光器对TC4钛合金进行焊接,分别对不同激光功率焊接焊缝形貌和组织进行观察,并对性能进行测试分析. 结果表明,真空环境激光焊接焊缝成形更加良好,可明显提高焊缝熔深,增大焊缝深宽比,抑制焊接过程中的飞溅,极大减少焊缝中的气孔缺陷. 大气环境与真空环境焊缝组织特征差别不大,真空环境热影响区宽度明显减小. 两种环境下焊缝显微硬度均呈马鞍形分布,焊缝熔化区硬度最高的特点,大气环境焊缝平均硬度约为390 HV,高于真空环境焊缝平均显微硬度8.3%. 对焊缝进行拉伸强度测试,拉伸试件全部断裂于母材部位,试件的抗拉强度为960 ~ 980 MPa.     

激光熔注法制备WC颗粒增强金属基复合材料层

采用激光熔注(LMI)技术在Q235钢表面制备WC颗粒增强的金属基复合材料(MMC)层。在激光熔注工艺特性和熔注层宏观特征分析的基础上,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对激光熔注层微观组织结构进行了分析。结果表明,WC颗粒注入到熔池的整个深度和宽度范围内,并且在熔注层中的分布比较均匀。WC颗粒的加入改变了熔池的化学成分,熔注层中出现了新相Fe3W3C。在熔注层上部存在较多Fe3W3C枝晶和少量枝晶间共晶,在熔注层下部枝晶数量减少,共晶数量明显增多。激光熔注层中不同WC颗粒周围反应层的尺寸和形貌存在很大差别。WC颗粒注入位置是决定反应层尺寸的重要因素。     

铝合金激光熔化沉积应力场及力学性能分析

采用激光熔化沉积工艺对6 mm厚的ZL114A铝板中的通槽进行了修复试验. 试验中采用AlSi10Mg粉末作为沉积过程的填充材料. 为了选择合适的激光扫描方法,通过数值模拟的方式,探究了不同扫描路径下产生的残余应力情况. 模拟结果显示,相比于自一侧向另一侧平行扫描,自下向上逐层扫描方式更有助于减小残余应力,残余应力分布也更均匀. 采用自下向上的逐层扫描方式实现了铝板通槽的激光熔化沉积的工艺试验,并探索了缺陷及热输入对试件力学性能的影响. 结果表明,通过工艺试验得到的沉积试件,最优性能的试件抗拉强度为268 MPa,达到母材的89%. 试件断裂并未沿着沉积区与母材的界面处断裂,而是在沉积区内部层与层界面间的搭接区域断裂.     

厚板高强钢激光填丝多层焊接头特征及断裂机制研究

本文在11CrNi3MnMoV低合金高强钢激光填丝多层焊工艺优化的基础上利用电子万能试验机、HVS-5维氏硬度计、扫描电子显微镜和能谱分析仪等对焊缝接头进行了力学性能测试,并重点对断裂机制进行了分析.结果发现:激光填丝焊接头的HAZ很窄,约为1 mm.焊缝平均硬度值高出母材30%左右;顶层焊道硬度高于内层焊道;最高硬度值出现在熔合区附近;接头断裂机制为韧窝断裂;能谱分析发现韧窝中第二相粒子成分主要由母材和焊缝的合金元素决定.焊缝金属与母材界面处存在一层Fe、Mn等合金元素的氧化物,其导致侧壁未熔合,这是接头断裂的主要原因.     

激光-TIG复合熔注制备WCp／Al复合材料层的微观组织

采用激光-TIG复合熔注工艺,在铝合金表面制备WCp/Al表而复合材料层.通过优化激光功率、TIG电流、扣描速度和送粉率等工艺参数,可以捩得0.5～4.3 mm厚的表面复合材料层.采用XRD、SEM、EDS等手段对表面颗粒强化层的微观组织和成分进行研究.结果表明:熔注层基体的微观组织为过共晶组织;熔注层不同位置的过共晶相具有不同的形貌,熔池上部主要为含有十字花状、鱼骨状、蝶状先共晶相(W1-xAlx)Cy的过共晶组织,而底部的先共晶相呈现块状形态.     

激光填丝焊焊丝熔入行为特征

采用高速摄像技术和工艺试验相结合的手段进行铝合金光纤激光填丝焊焊丝熔入行为及工艺特性研究.分析了焊丝熔入行为及其主要影响因素,研究了送丝方式与送丝角度对焊缝成形及焊接过程稳定性的影响.结果表明,依据光丝间距的不同,焊丝熔入行为可分为3种典型特征,铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡,其中液桥过渡最为理想;前置送丝焊丝熔化效率高,工艺窗口较宽;送丝角度影响焊丝吸收激光能量程度以及液态焊丝对液态熔池的冲击力的大小,随着送丝角度的增加焊缝背部熔宽有明显增加,而焊缝熔深基本不变.     

铝合金激光-钨极氩弧双面焊的焊接特性

以4 mm和10 mm厚5A06铝合金为实验材料,对激光-钨极氩弧(TIG)双面焊(LTDSW)的焊接特性进行了研究.该工艺充分利用了激光和钨极氩弧两种热源相互作用的优势,不仅可以获得稳定可靠的焊接过程与美观的焊缝成形,还具有显著增加接头熔深、减少焊接缺陷、提高焊接生产率和降低焊接成本等优势,实现了在小功率(1.0 kW)激光条件下4 mm厚铝合金板的可靠连接.与激光焊相比,激光-钨极氩弧双面焊的气孔数量有所下降,气孔分布位置主要受激光和电弧能量匹配关系的影响,气孔数量和大小主要取决于焊接热输入的大小.激光-钨极氩弧双面焊的接头抗拉强度为310 MPa,约为母材强度的88%.     

镀锌板激光钎焊温度场的数值模拟

以镀锌钢板为母材,以CuSi3焊丝为钎料,进行了单、双光束激光钎焊实验．在分析单、双光束激光填丝钎焊传热行为的基础上,采用有限元方法对激光钎焊温度场进行了数值模拟,提出了激光填丝钎焊热源模型．采用体热源来模拟熔化钎料铺展流动引起的传热,模型考虑了热物性参数随温度的变化带来的非线性影响以及潜热、辐射和对流对传热的影响．对典型激光钎焊工艺参数下的温度场进行计算,结果表明：单光束激光钎焊有较高的温度梯度,而2mm焦点间距的双光束钎焊接头峰值温度和温度梯度低,高温区域宽,更适合于获得良好的钎焊接头．     

Welding characteristics in different laser-TIG hybrid manners

An experiment for determining the laser-TIG hybrid welding characteristics was carried oat in three kinds of hybrid methods: CO2 laser-TIG coaxial hybrid, CO2 laser-TIG paraxial hybrid and Nd: YAG laser-TIG paraxial hybrid. The experimental results indicate that hybrid welding has two welding mechanisms in CO2 laser-TIG hybrid welding: deep penetration welding and heat conduction welding. As the effect of the laser-induced keyhole, the arc root is condensed, the current density and penetration depth increase significantly, the welding characteristic is apt to deep penetration welding.When current increases to some degree, the keyhole induced by laser disappears, which produces a shallow penetration and wide bead. The weld exhibits heat conduction welding characteristics. Furthermore, the arc images and weld bead crosssections of three kinds of hybrid manners were also compared and analyzed at different welding currents, which established the foundation for understanding the welding characteristics of laser-TIG hybrid welding comprehensively.