激光-熔化极脉冲电弧复合焊接的双重导电机制

对激光-电弧复合焊接的稳弧机理始终存在不同的观点。通过高速摄像机和光谱分析仪对比研究了激光与电弧复合前后电弧形态发生的变化。研究发现复合后电弧呈现一种全新的形态,具有两个独立的导电通道,这种现象被称为"双重导电机制"。这种机制对维持电弧稳定和保证焊缝成型良好具有非常重要的意义,正是激光-电弧复合焊接高速焊接过程中稳弧的关键所在。研究还发现"双重导电机制"的建立过程存在时间顺序,辅助导电通道首先是从激光小孔周围建立起来,然后逐渐扩展到整个电弧区域。各种焊接参数对"双重导电机制"也存在明显的影响。     

低碳钢CO2激光-脉冲MAG电弧复合焊接工艺研究

为了进一步了解激光-电弧复合焊接机理及其影响因素,采用A3钢进行了CO2激光-脉冲金属熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接的工艺研究。分析了CO2激光-脉冲MAG电弧复合焊接中焊接方向、热源间距、激光功率、电弧电流、焊接速度等工艺参数的影响。结果表明,采用适当的参数,激光电弧的能量能够有效耦合,增强焊接效果。其中,复合焊接熔深是单独激光的1.6倍、MAG电弧焊接的2.2倍;焊接速度是单独激光的2.7倍。     

超声波对铝合金激光-电弧复合焊接影响的研究

为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题，以5083-O铝合金为研究对象，进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响，并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明，超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低，主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度，并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态，使熔池的结晶条件发生改变，从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa，且断裂位置发生在热影响区，主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。     

窄间隙条件下激光-电弧复合焊接稳定性研究

相对于当前的厚板焊接方法,激光-电弧复合焊接有很多优点。为了使激光-电弧复合焊接技术应用于厚板焊接,本文采用4 KW光纤激光器针对16 mm厚低碳钢板进行激光-电弧复合焊接打底焊接工艺研究,探究了坡口尺寸、电流值、速度等规范参数对激光-电弧打底焊接稳定性的影响,通过金相观查焊缝横截面形貌。结果表明:坡口尺寸、电流以及焊接速度是影响激光-电弧复合焊接过程稳定性的主要工艺规范。通过电弧电流等工艺规范的匹配,激光-电弧复合焊实现5 mm钝边,12°类Y型坡口的熔透打底焊接。     

BS960E高强钢激光-电弧复合焊接头氢脆行为研究

氢脆具有很强的微观组织敏感性,威胁着各类高强结构材料的安全服役.采用激光-电弧复合焊工艺对BS960E型高强钢进行焊接,并对接头在原位电化学充氢的条件下进行慢应变速率(10-5s-1)拉伸试验,结合微观组织和断裂特征进行分析并对接头的氢脆行为进行研究.结果 表明,焊接热循环所形成的富马氏体中的细晶区可以使接头表现出一定的氢脆敏感性,马氏体较大的氢扩散系数和较低的氢溶解度以及氢在晶界上的快速扩散是引起接头对氢脆敏感的主要原因,通过控制焊接工艺参数可抑制焊接热循环所引起的马氏体转变量,能够降低BS960E型高强钢激光-电弧复合焊接头的氢脆敏感性.     

激光-电弧复合焊接工艺参量的研究进展

激光-电弧复合焊接足近几年在国际上得到迅速发展和廊用的焊接前沿新技术,是材料优质高效连接的最佳熔焊工艺.激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种工艺,影响焊接过程的参量较多,而这些因素的设置对焊接过程的稳定性、焊接接头的质量都有重要影响.从激光器类型的选择、辅助电源类型的选择、焊接方向、激光离焦量、激光-电弧之间距离...     

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%.     

铝合金激光焊接焊丝熔化机制的实验研究

由于铝合金高的导热性和对CO2激光的高反射率,以及铝金属蒸汽低的电离能,铝合金的CO2激光焊接一方面要求很高的功率密度,另一方面通常须在富He气氛下才能顺利进行.与此同时,为了克服热裂纹等缺陷,铝合金的激光焊接一般需要使用填充材料. 本文研究利用二倍频YAG激光作为照明光源,采用高速摄像方法研究了铝合金CO2激光焊接时焊丝的熔化机制.系统的研究表明:根据焊丝的送进方式、焊丝相对于激光束的位置以及气氛的不同,焊丝的熔化机制主要有三种,即激光加热熔化,等离子体加热熔化和熔池加热熔化.在He气氛下,当焊丝由激光束前方送进时,焊丝主要通过激光加热熔化,焊丝的熔化过程是非连续的;当焊丝由激光束之后送进时,焊丝的熔化机制包括激光加热熔化和熔池加热熔化,焊丝熔化过程较从激光束前方送入时明显改善,有利于改善焊接过程的稳定性.在Ar气氛下,由于强烈的等离子体辐射,焊丝主要通过等离子体加热熔化.当焊丝由激光束前方送进时,焊接过程极不稳定,但是焊丝由激光束后方送进时,虽然等离子体的形态和大小在不断变化,但焊丝的熔化却非常连续稳定.在Ar气中渗入一定的He气后(富Ar气氛),等离子体得到了有效的控制,其形态和大小保持稳定,从而获得稳定的焊接过程.(OE21)     

钢铁材料激光-电弧复合焊接技术研究进展

激光-电弧复合焊接技术是高能束焊接领域的研究热点之一,也是厚规格(厚度大于等于5 mm)钢铁材料激光焊接的优选焊接方法。系统地介绍了国内外研究学者及企业在激光-电弧复合焊接钢铁材料方面的研究进展,并简要地阐述了新型纳米强化钢(屈服强度600~700 MPa级)光纤激光-电弧复合焊接方面的最新研究工作,同时对厚规格钢铁材料激光-电弧复合焊接技术的研究方向进行了分析与展望。     

激光熔化沉积TC17钛合金光纤激光焊接特性

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。     

激光电弧复合焊接AZ31B镁合金

采用激光束与电弧复合焊接AZ31B镁合金，研究了这种复合热源对焊接熔深、表面成型的影响，探索了激光-电弧不同复合方式对焊接过程中电弧稳定性的影响。结果表明，激光束与焊接电弧共同组成的复合热源在正向焊接镁合金时形成的焊接熔深，比单独采用钨极氩弧焊(TIG)焊接增加了1倍左右，同时复合热源焊接电弧稳定性也较钨极氩弧焊接提高了1倍以上，是一种理想的镁合金焊接方法；而当激光-电弧复合热源反向焊接时，电弧稳定性较正向焊接进一步增大。对复合热源的电弧稳定性和激光吸引电弧的现象以及熔深增加的机理进行了讨论。     

8 mm厚不锈钢板的Nd∶YAG激光焊接

探讨了采用高功率Nd∶YAG连续激光器焊接 8mm厚不锈钢板的工艺方法及工艺参数。实验结果表明 ,用氮气作为保护气体 ,在激光功率 40 0 0W ,焊接速度 0 5m/min ,焦点位置在工件表面下 2mm处时 ,即使两块厚不锈钢板之间有 0 3mm间隙 ,且存在 0 8mm的高度差 ,仍可获得满意的焊接效果。焊缝的硬度是母材硬度的 2倍。     

TiNi合金/纯镍/不锈钢激光微焊接熔化区的微观组织

以纯镍丝为填充材料,采用精密脉冲激光实现了厚度为0.2 mm的TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料的焊接,研究了熔化区（焊缝和熔合区）的组织形貌和微观结构。结果表明,焊缝中心晶粒呈外延连续生长的特征。连续生长的枝晶可以跨越3~5个脉冲激光形成的鱼鳞纹,长度可以达到约200 μm。焊缝与两侧母材的熔合区呈现完全不同的形貌,在不锈钢母材与焊缝的接合界面,枝晶沿着不锈钢母材的熔合线生长,在枝晶间有二次晶轴;在TiNi合金与焊缝的熔合区,有一层宽度约为5 μm的过渡层将焊缝与母材隔开。     

小尺寸不锈钢片脉冲激光焊接的参数分析

研究小尺寸不锈钢片脉冲激光焊接的特点,着重分析焊接参数对焊缝熔透状况和焊缝宽度的影响。实验表明,随着脉宽增大,激光功率密度的熔透阈值减小,平均功率的熔透阈值线性增加;但是功率密度不能无限减小,为了保证熔透它必须在某一极限值以上。影响焊缝宽度的主要是激光功率密度、脉冲宽度和脉冲频率这三个参数。本文为散热条件受限的小尺寸工件精密激光焊接提供了有益的经验,同时也为加工过程的数值模拟分析提供了实验基础。     

不锈钢厚板万瓦级CO2激光焊接

采用20 kW CO2激光器对不锈钢厚板进行了焊接实验研究。发现激光束焦点位置在高功率输出时存在漂移,为简便地描述焊接位置,以聚焦镜中心与材料表面的距离h作为焊接位置的表征,研究了不同h时的焊缝成形及熔深变化情况。此外,万瓦级激光焊接对聚焦系统更加敏感,在聚焦镜焦距f=300 mm时不同焊接位置处的焊缝成形差别小,且熔深浅,深宽比小;在f=200 mm时不同焊接位置处焊缝成形变化明显。采用f=200 mm聚焦系统,在h＝208 mm、激光功率P＝18 kW、焊速v＝2 m/min时对12 mm厚1Cr18Ni9Ti实现了对接单道焊透,焊缝成形良好。结果表明:通过优化工艺参数,在不开坡口和未填充材料的情况下,采用20 kW CO2激光器可以实现12 mm不锈钢厚板的对接焊,焊缝成形良好、深宽比大、热影响区小,得到了较为理想的焊接接头。     

热源空间位置对激光电弧复合焊接焊缝成形的影响

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。     

保护气体对奥氏体不锈钢激光焊接的影响

为了研究保护气体对奥氏体不锈钢焊接接头力学性能的影响,在相同线能量条件下对加保护气体与不加保护气体两种焊接方式进行了对比研究。采用Nd:YAG激光器对厚度为0.7 mm的奥氏体不锈钢进行激光焊接,用扫描电子显微镜、显微硬度计、材料试验机等仪器对焊接接头的微观组织及力学性能进行表征及测试。结果表明,在相同的激光工艺参数下,两种焊接方式均实现完全焊透,且焊缝成型良好。不加保护气体时,随着焊接速度的降低,接头抗拉强度随之降低,最多降低了20%。加入保护气体后,接头的抗拉强度变化平稳,均为母材强度的90%以上。     

不锈钢薄壁零件选区激光熔化制造及影响因素研究

为了实现薄壁零件的快速制造,在快速成型设备Dimetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺实验研究,分析了SLM中不同激光功率、扫描速度、铺粉装置、离焦量和层厚对成型效果的影响,在实验中获得了优化的工艺参数,并成型了变截面的薄壁零件,零件致密度达96.95%。在扫描电镜下观察了零件的表面及侧面,结果表明其层与层之间熔合良好;分析表明成型设备成型零件壁厚的绝对误差极限值在20μm左右;薄壁零件顶部壁宽为101.3μm,底部壁宽为142.0μm,与设计值相差分别为21.3μm和22.0μm,与极限值相吻合;拉伸测试表明,抗拉强度范围为465~625 MPa,屈服强度范围为390~515 MPa,延伸率范围为23%~48%。