铝合金T型接头激光双侧填丝焊接工艺研究

以2 mm厚6056铝合金为试验材料,采用激光双侧填丝焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,主要研究了光束入射角度、光束入射位置、送丝速度与焊接速度等工艺参数对焊缝成形的影响;分析了T型接头焊缝的显微组织特征与拉伸性能.试验结果表明:光束入射角度过大时,两侧焊缝重合面积较小且蒙皮热变形较大;当光束入射位置偏移立筋0.2～0.3 mm时可以显著改善蒙皮背部的热变形.焊缝中心组织与两侧无明显差别,均为细小的等轴晶.焊缝熔深是T型接头拉伸载荷的重要影响因素,接头起裂于蒙皮焊趾处,断裂于焊缝与母材金属之间的熔合区.     

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%.     

不等厚板双光束激光焊接研究

利用双光束激光焊接适应性好,焊接过程稳定等优点来改善单束激光焊接在不等厚板拼焊中的适应性,提高焊接质量.采用双光束激光对板厚为1.4mm和0.8mm的不等厚钢板进行拼焊试验.首先对不等厚板双光束激光焊接的熔化特性进行了研究.研究了光束能量比、光束作用位置和有效光束尺寸对焊缝成形的影响.对不等厚板双光束激光焊接的应力应变场进行分析研究,结果表明,不等厚板拼焊后的残余应力应变场分布不对称,薄板一边整体变形大于厚板一边.     

Numerical simulation of filler metal droplets spreading in laser brazing

A finite element model was constructed using a commercial software Fidap to analyze the Cu-base filler metal droplet spreading process in laser brazing,in which the temperature distribution,droplet geometry, and fluid flow velocity were calculated.Marangoni and buoyancy convection and gravity force were considered,and the effects of laser power and spot size on the spreading process were evaluated.Special attention was focused on the free surface of the droplet,which determines the profile of the brazing spot. The simulated results indicate that surface tension is the dominant flow driving force and laser spot size determines the droplet spreading domain.     

不锈钢激光-电弧双面焊接头熔化特征分析

在4 mm厚不锈钢激光-电弧双面焊接试验的基础上,研究了激光功率、电弧电流对接头形貌特征和接头特征量的影响规律,并对熔化效率进行了分析。结果表明,在较小的能量匹配下,双面焊接头呈现出激光焊与电弧焊的混合特征,随着热输入的增大,混合特征消失;增大激光功率,可使激光侧焊缝熔宽增加,而电弧侧焊缝熔宽减小,增加电弧电流,可使电弧侧焊缝熔宽增加,而对激光侧焊缝影响很小;激光功率和电弧电流增加都对焊缝中部最小熔宽有明显的增加;中部最小熔宽的深度随激光功率增加而增加,而电弧电流则起到相反的作用。在非熔透条件下,激光对电弧焊的熔化效率影响很明显,而电弧对激光焊的影响很小;在熔透条件下,增加激光功率、电弧电流对激光电弧双面焊的熔化效率都有显著的提高。     

激光熔注WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层形成机制

采用激光熔注(LMI)技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层,对其形成机制进行了研究.研究结果表明,WC颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度v0、穿越熔池表面最小临界速度vmin以及熔池粘度η有关.由于WC陶瓷颗粒密度大,在激光熔注过程中具有较高的动能,熔池粘度不再是决定梯度复合材料层形成的关键因素.对于WC/Ti材料体系,熔池凝固前沿是形成WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层的重要因素,复合材料层不同深度范围内WC颗粒的数量由这一深度熔池凝同前沿长度所决定.WC颗粒注入位置对其在复合材料层中的分布有很大影响.在WC颗粒由熔池后部"拖尾"注入的情况下,该区域熔池深度较浅,WC颗粒遇到的熔池凝固前沿位于较高的位置,大多数WC颗粒被"冻结"在复合材料层的上部,进而形成了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层.     

矩形光斑钛/铝异种合金激光熔钎焊

为提高焊接过程的稳定性,拓展最佳的工艺参数范围,采用能量均匀分布的矩形光斑对V形及Y形坡口的钛/铝异种合金进行激光熔钎焊(LWB),获得了在不同线能量条件下的界面微观组织及接头的力学性能.采用扫描电镜(SEM)及金相显微镜对接头界面的微观组织进行观察,结果发现,界面反应层厚度依赖于焊接线能量大小,并且从接头的上部到下部逐渐变薄;界面反应层厚度的不均匀分布对接头的力学性能有很大影响.根据抗拉强度测试的结果发现Y形坡口的焊接接头存在着混合型断裂、焊缝处断裂和界面处断裂三种断裂模式,而V形坡口的焊接接头存在着焊缝处断裂和界面处断裂两种断裂模式;接头的最高抗拉强度为290 MPa,可达铝母材的80%以上.     

激光弯曲成形温度场的有限元数值模拟

激光成形技术是以激光为热源加热金属板料,依靠内应力使板料弯曲成形。研究激光成形过程中弯曲角与各影响参数之间的关系,了解板料内部温度场的分布规律是尤为重要的。本文应用有限元方法对不同热源形式、激光参数、板料尺寸及冷却条件下的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了各因素对激光成形温度场的影响特性,为进一步的应力应变分析打下基础。     

铝钛异种合金的激光熔钎焊

提出了一种连接Al/Ti异种合金的新工艺，即采用激光为热源，AlSi12为填充材料，实现了Ti-6Al-4V钛合金和LF6铝合金的激光熔钎焊连接。激光熔钎焊是一种局部加热焊接过程，通过调整激光加热参数，控制填充材料的润湿铺展及界面金属间化合物的形态和数量，从而控制接头质量。在实验过程中，填充焊丝实时送入，通过改变激光功率、间隙大小、光斑尺寸、焊接速度、送丝速度、激光辐照位置等工艺参数，以获得对接头的不同加热效果。研究了不同参数下的钎缝成形规律、接头界面特点及接头拉伸强度。结果表明，采用激光熔钎焊工艺连接Al/Ti异种合金可以获得成形良好、强度较高的接头，但焊接过程对工艺参数要求严格;接头厚度方向不同位置的界面金属间化合物的厚度和形态各不相同;热输入较低情况下，钎料与钛合金材料作用不充分，接头易从界面处断裂;热输入较高时，接头容易从铝合金侧熔合区附近断裂。     

基于自动阈值的窄间隙端接焊缝识别技术

特征点提取是焊缝视觉检测与定位的关键技术,特别是针对实际生产中间隙较小,尤其是超窄间隙的焊缝位置,现阶段的处理算法往往无法保证提取精度,误差大;对于一些间隙极小的细节位置甚至会自动忽略。本文针对端接接头提出一种基于自动阈值处理的自适应中值滤波算法和特征点提取算法对激光扫描图像进行处理的焊缝识别技术:在传统的中值滤波法的基础上,通过计算局部数据点的均值和方差确定有效阈值范围,在剔除噪声点的同时很好地保护了焊缝图像窄间隙细节特征;提出一种"细节放大"的特征点提取算法,将图像细节进行放大,增大窄间隙特征点与周围数据点的差异,显著降低提取难度;利用特征点时域分析,进一步将误差减小到原来的1/5~(1/2)。结果表明,本文方法能准确识别0.1~0.5mm之间的窄间隙焊缝,具有提取精度高、误差小(0.08mm)、抗干扰能力强等优点,对于实现较小间隙焊缝的自动化焊接具有重要意义。