镀Zn钢-6016铝合金异种金属的激光熔钎焊及数值模拟

熔钎焊是抑制或减少钢/铝异种金属激光焊接过程中FeAl脆性金属间化合物产生的有效工艺方法。采用光纤激光器,不添加任何钎料,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用MATLAB软件,针对焊接过程的实际情况,在一定的基本假设下建立准稳态下钢/铝异种金属激光焊接熔池形状的数学模型,基于准稳态形状控制方程数值计算获得的熔池几何形状分布,结合试验来调整焊接工艺参数,获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段研究焊接接头各区域的金相组织、主要元素分布与物相组成。结果表明:焊接激光束照射搭接在钢板上的铝板对接焊缝时,焊接功率和焊接速度对熔池几何形状的影响较大,随着激光功率的增大,熔深增加;而随着焊接速度的增加,熔深却变浅。当焊接功率为1 600~1 800 W、焊接速度v=30 mm/s、离焦量D=0 mm时,焊缝成形性良好,无明显裂纹、气孔等缺陷,焊接接头区域存在一个台阶状结构,在平台区域,钢/铝两钟金属存在明显的界限,界面结合依靠液态的铝在钢母材表面上的润湿、填充和铺展等作用;下凹区域,钢/铝熔合较好,Fe和Al元素的混合区宽度较大,未形成明显的FeAl脆性金属间化合物,Fe和Al的热扩散是该区域界面结合的主要原因。     

弹性浮动斜楔自动定位的研究

在多面为封闭状态的箱壳类零件加工中，利用弹性浮动斜楔自动找中定位，避免了用刚性元件定位结构实现困难的问题，可消除工件毛坯误差对定位的影响，达到简便可靠的效果。     

光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰的影响

为了研究高功率光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰倾向的影响,采用单一变量方法研究了激光功率、焊接速度、离焦量、下表面保护气体流量及焊接方位的变化对底部驼峰的影响。结果表明,随激光功率的增加,底部驼峰倾向先加大后减小;焊接速率提高时,底部驼峰高度先增加后减小,驼峰间距明显减小;离焦量在0mm附近时,底部驼峰倾向较大;适当的下表面保护气体流量有助于减小底部驼峰倾向,最佳流量为15L/min;焊接方位为60时,一定程度上可减小底部驼峰倾向。优化后的工艺参量合理, 可有效地消除底部驼峰。     

高功率光纤激光焊接底部驼峰的机理研究

高功率光纤激光焊接SUS 304不锈钢板的过程中,熔池由于受力不平衡出现下掉,并在试件底部流动堆积,从而形成底部驼峰。采用高速摄像和"三明治"试件焊接新方法,分别从不同角度拍摄熔融金属的流动情况并从侧面直接观测小孔和熔池的变化过程。结果表明,孔内熔融金属流动的不连续和小孔前沿孔壁凸起向下移动,以及孔内金属蒸气压力导致小孔底部熔池形成多个熔滴;底部熔池表面张力和熔池的流动导致熔融金属不断向后流动从而汇聚形成驼峰;底部驼峰的形成影响熔池的流动状态,是导致焊缝表面塌陷的原因。     

V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响

为了改善钢/铝熔钎焊中钎焊缝与钢一侧接合界面上冶金反应的不均匀性,进而提高接头的拉伸强度,采用仿真模拟及实验相结合的方法研究了V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响。利用ANSYS软件对钢/铝激光对接熔钎焊温度场进行仿真,在镀锌钢板上开设V型坡口时,接合界面靠近上表面与靠近下表面的温度梯度（为241℃）较不开坡口时的温度梯度（为588℃）明显减小;分别在镀锌钢板上开设V型坡口与不开设坡口的钢/铝异种金属进行激光对接熔钎焊试验,并对试样进行拉伸测试。结果表明,在镀锌钢板上开设V型坡口的情况下,接合界面上金属间化合物层的厚度分布较不开坡口均匀;V型坡口的存在使得断裂位置远离接合界面,接头的机械性能明显改善。     

V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响

为了改善钢/铝熔钎焊中钎焊缝与钢一侧接合界面上冶金反应的不均匀性,进而提高接头的拉伸强度,采用仿真模拟及实验相结合的方法研究了V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响。利用ANSYS软件对钢/铝激光对接熔钎焊温度场进行仿真,在镀锌钢板上开设V型坡口时,接合界面靠近上表面与靠近下表面的温度梯度(为241℃)较不开坡口时的温度梯度(为588℃)明显减小;分别在镀锌钢板上开设V型坡口与不开设坡口的钢/铝异种金属进行激光对接熔钎焊试验,并对试样进行拉伸测试。结果表明,在镀锌钢板上开设V型坡口的情况下,接合界面上金属间化合物层的厚度分布较不开坡口均匀;V型坡口的存在使得断裂位置远离接合界面,接头的机械性能明显改善。     

Nd:YAG单脉冲激光烧蚀超硬磨料砂轮的试验研究

采用声光调Q Nd:YAG单脉冲激光径向烧蚀树脂结合剂超硬磨料砂轮,通过Taly表面粗糙度仪测量烧蚀凹坑深度,光学显微镜观察凹坑微观形态.理论分析了烧蚀凹坑的形成机理,试验建立起了凹坑深度与脉冲功率密度之间的关系曲线,研究了激光参量(平均功率、脉冲重复频率和离焦量)对烧蚀凹坑深度的影响.试验证明,以单脉冲烧蚀砂轮试验为指导,结合具体试验条件选择激光参量进行修锐,可得到满意的地形地貌.     

砂轮激光修整设备及参量选择的研究

为了选择合适的激光设备及参量,以便提高激光修整砂轮效率和精度,采用300W氙灯抽运YAG普通脉冲激光器、80W声光调Q YAG脉冲激光器对青铜金刚石砂轮进行了单脉冲和连续脉冲烧蚀试验,借助于显微镜分析了激光作用后砂轮表面的微观形貌,并通过理论推导,得出一组公式,在考虑砂轮修整精度和效率的前提下,有效地缩小激光器及参量的选择范围,有助于针对不同的砂轮选择更为合适的激光参量进行更有效的修整。结果表明,声光调Q YAG脉冲激光器比氙灯抽运普通YAG脉冲激光器单脉冲能量小、脉冲频率高、脉宽窄、峰值功率高,更适合用于砂轮的高精度、高效率修整。     

非熔透激光搭接焊薄钢板的试验研究

为了研究薄钢板的非熔透激光焊接的焊接质量,采用光纤激光及CO2脉冲激光对SUS304奥氏体不锈钢和SPCC冷轧碳钢薄板进行了非熔透搭接焊试验,分析了影响非熔透激光焊接的主要因素,并对接头的组织和力学性能进行了测试,得出激光功率、焊接速率、离焦量、脉冲频率、占空比等主要工艺参量对焊缝成形及试件性能的影响规律。结果表明,在适宜的焊接工艺参量下,非熔透激光焊接焊缝形貌平整连续;焊缝强度达到母材强度的50%以上;焊缝区的显微硬度高于母材。     

激光烧蚀金刚石磨粒及其变质层与微裂纹分析

采用声光调Q Nd:YAG脉冲激光烧蚀金刚石磨粒,研究激光参数对磨粒变质层及微裂纹的影响.首先建立传热学数学模型,进行模拟计算,然后通过烧蚀试验和实际检测进行验证,分析其原因,总结出脉冲激光的重复频率是影响变质层和表面微裂纹的主要因素.