光束摆动法减小激光焊接气孔倾向

针对激光深熔焊过程中易出现的气孔问题,作者提出光束摆动激光焊接减小气孔倾向的工艺。利用3kW快轴流CO2激光器分别对激光焊接过程中可能出现的氮气孔和氩气孔进行了试验研究。结果表明,光束摆动激光焊接对氮气孔有显著的消除效果,随着摆动频率的增加,气孔急剧减少,并且在摆动幅度仅为0．5mm的情况下,就可以起到消除气孔的效果;光束摆动激光焊接对于抑制氩气孔也有一定作用,摆动频率越大,摆动幅度越大,对熔池的搅拌越大,越有利于气泡的逸出,焊缝中氩气孔越少。     

激光摆动焊接工艺参数对不锈钢焊缝成形与气孔率的影响

采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接,获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响,从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理. 结果表明,对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接,适当提高焊接速度和摆动幅值,更利于减小气孔率;激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形;“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形,焊缝气孔率最低,达到2.94%;而线性摆动激光获得焊缝成形最差,气孔率最高,达到19.13%.     

基于摆动激光扫描的GMAW焊缝成形调控

将摆动激光与GMAW工艺复合,利用“8”字形摆动激光扫描液态熔池,对其温度场和流场进行调控,以改变熔池温度梯度,主动调控熔池流动以改善焊缝成形.在6061铝合金板材表面进行堆焊试验,重点探究了光丝间距、摆动幅度、激光功率对于焊缝成形的影响,采用高速摄像机拍摄激光扫描熔池过程.结果表明,摆动激光扫描可以有效抑制成形缺陷的发生,当摆动激光扫描熔池中部时可以获得最佳的焊缝成形效果.摆动激光扫描降低了熔池温度梯度分布,同时激光扫描产生的激光蒸发反力可以驱动熔池流动,促进了液态熔池的流动铺展,从而有效抑制了不规则焊缝成形缺陷,减少焊缝内部气孔和裂纹缺陷.调节摆动激光摆幅可以在一定范围内对焊缝宽度进行调控.     

重熔摆动激光焊修复TC4钛合金焊接接头组织和性能

采用摆动激光焊对TC4钛合金焊接接头进行重熔，研究摆动频率对TC4钛合金焊接接头气孔、组织及力学性能的影响。结果表明，重熔摆动激光焊可有效消除TC4钛合金焊接接头中存在的气孔缺陷；随着摆动频率的增加，气孔的消除效果增强，且大气孔的消除效果变得更加明显。重熔摆动激光焊接头的焊缝组织为针状的α’马氏体和部分α相，热影响区组织由初生α相、针状α’马氏体及β相组成。随着摆动频率的增加，激光对熔池的搅拌作用增强，焊缝晶粒破碎逐渐细化，而热影响区晶粒生长变得更加有利，导致晶粒逐渐粗大。摆动频率的增加使焊接接头组织发生变化，进而导致焊接接头性能发生变化。随着摆动频率的增大，TC4重熔焊接接头的焊缝硬度上升，热影响区硬度逐渐下降，且焊接接头的拉伸性能呈现下降趋势。当摆动频率增加到120 Hz和150 Hz时，断裂区域由母材转变为热影响区。     

激光摆动焊接工艺参数对高强钢气孔率和焊缝成形的影响

以10Ni5CrMoV高强钢钢板为研究对象,开展了激光摆动焊接过程中摆动轨迹、摆动幅度、摆动频率对焊缝成形和气孔率影响的研究。结果表明,几种激光摆动焊接焊缝的气孔率低于激光不摆动焊接,其中,垂直轨迹抑制气孔产生的效果最为显著。在垂直摆动轨迹下,30～90 Hz范围内,随着频率的增加,焊缝熔宽基本不变,焊缝熔深略有增加。当摆动频率在90～150 Hz范围内,随着摆动频率的增加,焊缝熔宽减小,熔深增加。在摆幅为2mm时,摆动频率在30～60 Hz的低频区间内,焊缝气孔率相对较低,气孔率低于0. 15%。     

功率分布对5A06铝合金激光摆动焊接熔池动态行为的影响

以5A06铝合金锁底对接焊缝为研究对象,在激光束摆动的基础上引入一种沿正弦摆动路径分布的激光功率(功率分布),实现功率相对于摆动路径的动态调控.基于FLUENT有限元软件,建立激光摆动焊接过程的流体动力学模型,研究光斑摆动与功率分布对焊缝成形的影响机制,模拟对比了施加等功率与功率分布2种工艺下的焊缝截面形貌、熔池动态行为及气孔形成过程.结果表明,与等功率焊接相比,施加功率分布焊缝成形更优,未出现咬边和烧穿等缺陷;由于功率分布的特点,有效缓和了熔池的平均流速,熔融金属呈现更为稳定的流动行为,进一步提高了匙孔的稳定性,并获得了深宽比较小的匙孔,有效降低了焊缝的孔隙率(0.9%).     

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。     

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。     

窄间隙横焊焊缝成形不对称性研究

随着大型重工业的发展,厚板在横向位置的焊接越来越受到重视,而窄间隙横向焊接是效率最高、难度最大的一种焊接方法。采用新型扁平状摆动电弧窄间隙焊枪,研究窄间隙横焊时电弧摆动对焊接熔池流动及焊缝不对称性成形的影响规律。试验结果表明,电弧不摆动时熔池在重力作用下下淌,电弧摆动改变了熔池受力位置和热源的分布,使侧壁得到足够的能量实现完全熔合。随着摆动幅度的增加,熔池下淌趋势得到有效抑制,而且在不引起侧壁起弧前提下,摆动幅度越大,焊缝成形对称性越好。     

2219-T651铝合金激光摆动焊接接头微观组织和力学性能

采用激光摆动焊接技术对2219-T651铝合金进行了不同摆动幅度和频率下的焊接试验,研究了摆动工艺参数、焊缝气孔率和宏观成形、接头组织和性能之间的内在联系.结果表明,与无摆动焊接相比,激光摆动焊接可以降低焊缝气孔率,尤其随着摆动幅度的增加,当摆动幅度为2.5 mm时,气孔率降至1.66%.与母材相比,热影响区和熔化区发生软化.靠近焊缝的热影响区,由于沉淀强化作用的变弱,硬度逐渐降低,直至出现“平台”.而由α(Al)基体以及枝晶间和晶界α(Al)+θ(Al₂Cu)共晶相组成的熔化区,因铜的偏析导致固溶强化效果被削弱,表现出最低的硬度.此外,部分摆动参数下焊缝晶粒尺寸有所细化,这引起了其硬度的略微升高.当摆动频率为150 Hz和摆动幅度为2.5 mm时,接头的抗拉强度高达318 MPa,约为母材抗拉强度的69.4%,接头抗拉强度与断口孔洞面积占比呈线性负相关关系,焊缝气孔率是影响焊态接头抗拉强度的主要因素.     

激光扫描焊接熔池及等离子体动态行为

以5A06铝合金为试验材料,采用高速摄影技术对激光扫描焊接过程中的熔池及等离子体羽辉动态行为进行拍摄,对比分析了常规单激光焊接与激光扫描焊接条件下的熔池表面流动特征和等离子体羽辉波动特征. 结果表明,一定条件下的摆动激光光束相比于单激光光束,能够极大地增强等离子体羽辉的稳定性,延长其存在周期,同时熔池流动的方向性增强,稳定性提高,整个焊接液态熔池表面不存在“回流”现象,熔池流动产生的流体动压力对匙孔的冲击力作用降低,匙孔的稳定性提高.     

铝合金中厚板高功率激光搅拌焊气孔缺陷工艺调控

高功率激光焊接为铝合金中厚板高质高效焊接提供了有效手段,然而面临焊缝气孔多发的问题. 文中开展了铝合金中厚板高功率激光搅拌焊接气孔缺陷的工艺调控研究,阐明了搅拌振幅和搅拌频率对接头气孔率的影响,并提出了工艺参数优化方法. 结果表明,搅拌振幅主要影响光束运动轨迹横向分布和小孔开口面积;搅拌频率主要影响激光光束运动速度和对后方熔池的搅拌次数;搅拌振幅和频率越大,气孔抑制效果越明显,但焊缝熔深难以满足应用要求;通过控制光束运动轨迹和能量密度,可以实现工艺参数的设计,获得大熔深、少气孔的最佳工艺区间,最终得到熔深高达6.4 mm的少气孔焊接接头.     

空间多位置摆动激光填丝焊接熔池动态行为及焊缝成形

以316L奥氏体不锈钢管道为研究对象,在摆动激光焊接研究基础上,对管道多位置激光填丝焊接熔滴过渡和焊缝成形展开研究,分析焊接熔池动态特征,优化各位置区间工艺参数,进而实现管道全位置激光焊接. 结果表明,摆动激光束周期性的作用于填充焊丝,产生的反冲压力能够促进熔滴过渡,使得焊丝始终以“液桥”形式向熔池过渡;同时摆动激光增强了熔融金属侧向流趋势,提高熔池界面表面张力,削弱空间多位置下重力对熔池形貌的影响,保证各空间位置熔池均能稳定存在,焊缝成形连续均匀.     

Numerical simulation of full penetration laser welding of thick steel plate with high power high brightness laser

Full penetration laser welding was carried out on a 10 mm steel plate using a 16 kW maximum power continuous wave thin disk laser. Upper surface and lower surface of molten pool were observed synchronously with two high speed CCD cameras during the welding process. The lower surface was much longer and more unstable than the upper one. A three dimensional laser deep penetration welding model in which volume of fluid (VOF) method was combined with a ray-tracing algorithm was used to simulate the dynamic coupling between keyhole and molten pool in laser full penetration welding. The calculated weld cross-section morphology and molten pool length on both upper side and lower side agree well with experimental results. Evolution of molten pool in lower side during full penetration laser welding was analyzed, periodical features of energy coupling, molten pool behavior and keyhole dynamics in laser full penetration welding were identified and discussed.     

TIG焊变频电流下熔池谐振检测与研究

建立基于弧光传感的试验系统,在定点电弧在连续行走电弧下,利用频率线性变化的变动焊接电流对薄钢板ＴＩＧ焊熔池进行激振,当熔池固有振荡频率同激振电流频率一致时,熔池发生谐振。通过对电弧弧光采样数据幅值提取,检测出熔池振荡特征信号并可证明为熔池谐振信号,可用于实时判断焊接熔池尺寸信息,为解决连续行爱控制开辟了一条新途径。     

铝合金激光-MIG复合焊熔滴对匙孔作用的模拟

将复合焊接过程中的反冲压力、表面张力等驱动力及熔滴过渡行为考虑在内,建立5A06铝合金激光-MIG复合焊接数值模拟热流耦合模型,由于熔池内的流动及匙孔稳定性对焊接性能有重要影响,因此针对熔滴与匙孔及熔池稳定性的影响进行了系统讨论,并且通过采用不同的熔滴落入位置进行计算.结果表明,当熔滴落入位置距激光中心较近时,熔滴对匙孔的冲击作用较大,匙孔壁的平均流速和波动频率有所增加,匙孔更易由于周期性的熔滴过渡而产生液桥发生闭合,熔滴落入位置还会影响匙孔深宽比,进而影响激光能量的菲涅尔吸收.     

聚变堆用奥氏体不锈钢不同激光输出模式熔丝特征

针对聚变堆用316LN奥氏体不锈钢材料,分别在连续激光和脉冲激光模式下进行了激光填丝焊接试验。主要研究了不同焊接工艺参数下的焊丝熔入特征及其对焊缝质量的影响,并对连续激光与脉冲激光焊接熔池流动及熔池形貌、接头的显微组织进行了研究。结果表明,连续激光填丝焊和脉冲激光填丝焊在合适的焊接工艺参数下均能获得焊丝液桥过渡,且熔池铺展均匀、焊缝成形良好。与脉冲激光填丝焊相比,连续激光填丝焊在坡口中的熔池长度约是脉冲激光填丝焊的3倍,温度梯度较大,更易产生侧壁未熔合和贯穿焊缝中心的凝固裂纹等缺陷。连续激光填丝焊的焊缝显微组织以柱状晶为主,由焊缝两边向焊缝中心生长,方向性强。脉冲激光填丝焊的焊缝两侧显微组织以柱状晶为主,各个区域都受到了相邻脉冲的重复作用,具有周期性,产生二次结晶,有助于熔池的搅动和晶粒细化,打乱了枝晶生长的方向性;焊缝中心区域为方向各异的柱状晶和等轴晶,枝晶间距减小,能够抑制裂纹的产生。 创新点： 首次提出通过脉冲激光调控结晶形态以抑制厚板焊接中裂纹的焊接工艺,可在不添加任何外部设备的基础上实现对裂纹的有效控制,打破了传统焊接工艺带来的局限性。     

1060Al高频微振激光焊接接头气孔及组织

采用激光和高频微振相耦合的方法焊接5 mm厚的1060Al，研究振动对焊缝成形、气孔尺寸、数量和分布、显微组织及显微硬度的影响规律，并研究了熔池的流动状态对气孔位置分布的影响. 结果表明，当其它激光工艺参数一定，振动频率为1 173 Hz时，组织晶粒细化最为明显，焊缝宏观成形较好，焊接接头可获得最佳表面外观，焊缝中心平均显微硬度从无振动条件下的27.2 HV增加到有振动条件下的29.4 HV，提高8.1%. 振动频率为923 Hz时，气孔能够有效地得到抑制. 振动影响熔池的流动与激光匙孔的稳定性，与焊缝气孔形成具有一定的相关性，表现在气孔逐渐向焊缝表面逸出.