汽车用6061铝合金焊前激光清洗对其接头性能的影响

铝合金材料因其轻质、高强、易加工等诸多优势,常被用于汽车覆盖件及承载构件的原材料。铝合金表面的杂质及氧化膜对接头的焊接质量存在显著影响,焊前对铝合金表面进行激光清洗可以有效改善接头的力学性。研究焊前激光清洗对6061铝合金激光焊接质量的影响。在300 W-2.5 kHz-2 500 mm/s的清洗工艺下,铝合金表面的氧化膜及油污可以完全去除,且对基材无损伤。与未清洗处理的焊接接头对比,焊缝成形连续,内部气孔缺陷基本消失,接头拉伸性能显著提升,接头的抗拉强度可达257 MPa。     

铝合金车体焊接同步激光清洗技术研究(特邀)

针对轨道交通车辆车体铝合金型材焊接同步激光清洗,开展了相关工艺、测试与应用技术研究。通过工艺研究得出铝合金氧化膜激光清洗工艺窗口,建立了匹配不同焊接速度的激光清洗参数预测模型,并分析了激光清洗对铝合金表面氧化膜的影响;针对实际工况,设计了激光清洗-电弧焊接同步清焊一体化装置,并开展焊接同步激光清洗工艺验证,实现了焊前高质高效去除氧化膜;通过分析焊接接头力学性能,检测焊缝缺陷,观测焊接接头截面微观组织,评判焊接同步激光清洗焊缝质量。研究表明,采用200 W脉冲激光,清洗速度0.5～1.1 m/min可调的情况下,可以实现线宽45 mm的焊接同步氧化膜的有效清洗,经激光清洗后,原生氧化膜被完全去除,且可避免再生氧化膜的影响。经激光清洗后的焊接接头剪切强度及应变相较未处理的接头分别提升了26.4%和9.98%,较人工打磨后的接头强度分别提升了3.53%和1.43%,焊缝中心组织主要由α基体和β (Mg2Al3)相组成,焊接性能满足轨道交通车辆车体制造要求,可有效替代人工打磨。     

航空铝合金表面涂层无损激光清洗研究

激光清洗以绿色、安全、便于控制等优点,在航空航天、电子、交通等领域有着重要的应用价值。采用纳秒脉冲激光清洗航空2A12铝合金表面TB06-9涂层,研发了一种新型的两步法无损激光清洗工艺。运用扫描电子显微镜、能谱仪,超景深三维显微镜和万能电子实验机等分析激光清洗涂层。结果表明,第一步采用单次激光清洗,随激光功率的增加,试样表面涂层逐渐减少裸露出氧化层及基材。激光功率为40 W时氧化层保留完好,功率为45 W时氧化层开始出现损伤,随着功率的增加,损伤逐渐增多。最终确定第一步优化参数为激光的频率为20 kHz,功率为40 W,扫描速度为1040 mm/s,线间距为0.052 mm。第二步在第一步的基础上进行多次清洗,获得的优化参数为激光频率为1000 kHz,功率为80 W,扫描速度为690 mm/s,线间距为0.034 5 mm。两步法激光清洗试样的表面与原始试样表面形貌相似,表面显微硬度及抗拉强度基本保持一致,较好地保留了材料的原有力学性能。     

5083铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗，对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明，脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率，激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率，在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同，表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小，随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大，随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时，5.27μm厚的氧化膜几乎被清洗干净，表面粗糙度为Sa=0.608μm，优于机械打磨表面粗糙度（1.18μm），清洗率达97.14%，与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。     

2219铝合金阳极氧化膜焊前激光清洗工艺研究

采用激光清洗技术对2219铝合金硫酸阳极氧化膜进行清洗,研究了清洗速度对阳极氧化膜去除效果的影响;对清洗后的铝合金进行焊接试验,以验证焊前激光清洗工艺的可行性;最后分析了激光清洗阳极氧化膜的机理和特性。结果表明:2219铝合金在焊前通过激光清洗后可获得外观和内部质量良好的焊接接头;2219铝合金阳极氧化膜激光清洗速度的阈值为1079mm·min~(-1);激光清洗去除2219铝合金阳极氧化膜的机制主要为爆炸和气化,并存在部分弹性震动剥离机制。     

激光清洗2A12铝合金复合漆层的技术研究

采用脉冲激光器对2A12铝合金基体表面涂覆的环氧树脂底漆与丙烯酸聚氨酯面漆进行激光清洗试验,针对激光清洗表面的形貌、粗糙度及元素含量进行分析。结果表明：在激光能量密度和激光扫描速度分别为4.45 J/cm²和8 mm/s时,能完全去除面漆且底漆保留完好,并获得了最接近底漆层原始厚度的残余漆层;在此激光能量密度下,当激光扫描速度为5.5 mm/s时,能完全去除复合漆层,且此时阳极氧化膜层的微观形貌完好,氧元素质量分数约为40%,清洗表面的粗糙度R_a=1.138μm。当参数组合为3.56 J/cm²和6 mm/s时,也能完全去除面漆且底漆保留较好;当激光能量密度为4 J/cm²和激光扫描速度为5 mm/s时,能完全去除复合漆层,此时阳极氧化膜表面上氧元素的质量分数约为34%。本研究证明了通过选择合适的激光工艺参数组合能够调控激光清洗质量,验证了激光分层清洗的可行性。     

基于应变速率的激光喷丸强化6061-T6铝合金力学性能分析

为研究不同应变速率下激光喷丸对6061-T6铝合金力学性能的影响,对标准拉伸试样进行单面和双面激光喷丸强化处理,随后在0.0001～0.1s-1 4种连续应变速率加载条件下,对未喷丸、单面喷丸、双面喷丸3组试样进行了力学性能测试,同时测试了试样表面残余应力,分析了喷丸前后材料表面粗糙度变化及其对延伸率的影响,探讨了激光喷丸后力学性能变化的微观机理。结果表明,抗拉强度(UTS)及屈服强度随应变速率的增加而增大,延伸率随应变速率的增加略微减小;与未处理试样相比,单面激光喷丸后,铝合金的抗拉强度及屈服强度得到小幅提高,延伸率大约降低了1%;双面激光喷丸后,铝合金抗拉强度最大提高了10.8%,屈服强度最大提高了12.5%,延伸率降低了2%左右。激光喷丸区域晶粒得到细化,位错密度得以增加,6061-T6铝合金的力学性能得到改善。     

不同激光清洗方法对高强钢表面锈蚀层的去除研究

采用干式/液膜辅助式激光清洗方法对高强钢表面的锈蚀层进行处理,研究了激光功率对试样表面状态的影响规律,并对两种方法的除锈机理进行了对比分析。结果表明:两种清洗方法都能有效去除试样表面的锈蚀层,且低功率下液膜辅助式激光清洗效果比干式激光清洗效果更好。优化的液膜辅助式激光除锈工艺参数为:激光功率400 W,脉冲频率10 kHz,脉宽30 ns,此时试样表面氧元素的质量分数为3.38%,试样的表面粗糙度为3.04μm。     

铝合金激光清洗机理与质量评估

针对轻量化发展中铝合金焊前表面清理的工艺需求,研究了铝合金板材光纤激光清洗机理。通过分析激光空间与能量分布参数,确定激光清洗中需要的激光密排方式。在此基础上,进行激光清洗工艺实验,得到了激光参量对表面状态的影响规律,探究并优化了氧化膜剥离工艺,并提出铝合金表层氧化膜可能的两种剥离机制。通过对优化后的清洗参数进行焊接评估,发现激光清洗可以改善焊缝成形,显著提升接头力学性能,验证了光纤激光清洗改善铝合金接头质量的可行性,有助于高强度铝合金接头在制造业领域的大面积推广。     

高温氧化钛合金激光清洗机理与工艺

钛合金在高温环境中表面会发生严重氧化,影响后续的加工与使用,采用激光清洗技术去除氧化层,通过高速摄像设备分析氧化层的去除机理,研究激光清洗、机械打磨以及酸洗工艺对试样表面宏观形貌、微观形貌、化学成分、平整性以及显微硬度的影响.结果 表明,氧化层的激光去除机理以烧蚀作用为主,通过选择合适的工艺参数清洗后,试样表面氧化物基本除尽,呈现出银白色金属光泽,相比于原始试样,激光清洗试样表面的氧含量大幅降低,平整性优于机械打磨试样与酸洗试样.此外,受到激光清洗过程中热作用的影响,激光清洗试样表面的显微硬度要显著高于机械打磨试样与酸洗试样.     

1420铝锂合金双光束激光焊接气孔的控制

以焊前不对铝合金板材做任何处理为前提,采用扩散冷却板条CO_2激光系统,开展对1420铝锂合金的双光束激光焊接焊缝气孔控制的实验研究.实验结果表明:在激光表面扫描焊时,表面氧化膜对焊缝中气孔的影响大大高于背面氧化膜;但是,在激光对接焊时,焊缝气孔对背面氧化膜的敏感性和焊缝背面成形有直接的关系.经过实验得出了优化的焊接工艺以达到降低气孔率、提高焊缝质量的目的.还进行了1420铝锂舍金的对接焊焊接接头拉伸强度实验.数据显示:选用优化的对接焊工艺,焊接接头的平均拉伸强度可达336.1 MPa,为母材的87.5%.     

激光冲击对K403合金激光熔覆修复微观组织和性能的影响

针对激光熔覆修复K403镍基高温合金构件组织粗大和力学性能下降的问题,提出采用激光冲击强化技术对修复区进行表面强化。利用SEM观察不同区域微观组织,利用显微硬度、残余应力和高温拉伸强度测试研究其力学性能。结果表明,激光冲击强化细化试样表层晶粒;强化后,试样基体区和熔覆区表面硬度分别提高21%和8%,影响深度约0.8 mm;激光冲击在试样表层引入约610 MPa且均匀分布的残余压应力,影响深度层达1.2 mm,经保温处理后,应力释放约18%,但在表面仍残留较大的残余压应力;激光冲击提高了材料高温拉伸强度约15%,解决了激光熔覆修复K403镍基构件力学性能下降的问题。     

基于机器视觉的铝合金激光清洗实时检测系统

利用高速电耦合器件与发光二极管光源实时获取激光清洗后铝合金的表面图像,设计了铝合金表面氧化膜激光清洗机器视觉在线检测系统,提出了针对激光清洗过程的动态阈值快速定位耦合算法。所提算法解决了激光高速清洗过程中表面光照不均的问题,实现了激光清洗过程中清洗合格区域与不合格区域的准确分割及快速定位。所设计的在线检测系统能够实时检测铝合金表面氧化膜的清洗质量,缩短了检测时间,提高了检测准确度,可以保障整体的清洗质量。     

激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模拟与试验研究

为了探索不同功率的激光对铝合金表面漆层的温度场分布以及清洗深度的影响,以及光斑搭接率对清洗效果的影响,利用COMSOL multiphysics软件建立了光纤脉冲激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模型,最后得既能够防止基体表面受到损坏,也能够使得漆层材料完全去除的激光功率,以及可以获得良好清洗效果的光斑搭接率,并用实验来得以验证。结果表明：激光重复频率为100 kHz时,激光功率越大,试样表面温度上升越快,烧蚀深度也随之增加。当30 W的激光功率基本上可以保证去除掉漆层且不伤及基体表面,对基体材料的烧蚀深度为10μm。在激光功率为30 W,光斑搭接率为50%的实验参数下,试样表面粗糙度较清洗前降低,为4.48μm,在该实验参数下可以获得不伤及铝合金基体的良好的清洗效果。该实验结果可以为光纤脉冲激光清洗的工艺参数的选择提供参考。     

激光粉末床熔融增材制造铝合金的室温和高温力学性能研究

激光增材制造铝合金构件室温及高温力学性能对于提升其在航空航天等领域的服役稳定性至关重要。本文研究了成形方式对激光粉末床熔融（LPBF）AlSi10Mg构件室温压缩性能、高温拉伸性能、高周疲劳性能和室温裂纹扩展速率等力学性能的影响规律。结果表明：水平方式成形试样（拉伸、压缩、疲劳等载荷平行于试样铺粉方向）具有更优的压缩性能,表现出更优异的抗压强度及屈服强度（分别为201.0 MPa与251.3 MPa）;在高温拉伸试验中,不同成形方向试样的抗拉强度及屈服强度随着试验温度升高（从100℃升至175℃）均呈下降趋势,而延伸率均逐渐升高,且水平方式成形试样的拉伸性能均优于垂直方式成形试样（载荷垂直于试样铺粉方向）。垂直方式成形AlSi10Mg合金试样经历10⁷循环周次的中值疲劳强度为151.25 MPa,疲劳寿命约为2.1×10⁵周次,疲劳裂纹扩展门槛值为0.981 MPa·m^1/2。     

100W脉冲激光器冷轧钢板表面氧化膜清洗

金属材料表面的附着物常常会影响机械的正常工作,常见的有氧化膜,锈迹,油污和其他杂质,激光清洗作为时下一种常用的金属表面清洗技术,广泛应用在工业清洗中。本文所用实验材料冷轧钢板由于长期暴露在空气中,常常会附着一层氧化膜,随着时间的增长,氧化膜会发生复杂的化学反应,导致表面不止一层氧化膜。在复杂的工作环境中形成的氧化膜,如氧化亚铁,高温会让氧化亚铁发生氧化反应,于是氧化膜变成了三层,分别是三氧化二铁,四氧化三铁,氧化亚铁。本文采用1064nm波长的100W激光清洗机对冷轧钢板表面氧化层进行清洗,通过调整功率,频率,扫描速度,扫描次数等参数,观察清洗后的表面元素含量和表面粗糙度发现激光清洗效果较好,与基材表面一致。     

y向搭接率对铝合金表面复合漆层激光清洗的影响

采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验，研究了不同y向搭接率(η_y)对除漆效果的影响。结果表明，当η_y为0和20%时，面漆全部去除，底漆部分去除；当η_y=40%时，仅少量底漆残留，大部分氧化膜被破坏，基材显露；当η_y=60%时，复合漆层全部去除，基材烧损。研究发现，随着η_y值逐渐增大，清洗表面烧蚀现象明显增加，漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面；清洗表面残余漆层形成了凹坑-间隔-凹坑的清洗特征，表明清洗过程中烧蚀-等离子冲击(屏蔽)-烧蚀交替进行，烧蚀与等离子冲击作用均会对清洗表面产生热影响，导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排，同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制；激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。     

5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。     

激光透射焊接聚碳酸酯接头性能研究

为研究聚碳酸酯激光透射焊接接头性能,采用10W半导体端抽运全固态(DPSS)激光器进行了聚碳酸酯材料的激光透射焊接。采用光学金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和电子万能实验拉力机分析了接头的显微形貌、断口形貌和拉伸剪切强度。结果表明,在激光功率8 W、激光频率50kHz、焊接速度350mm/s、激光扫描间距0.1mm时,试样的拉伸剪切强度达到44MPa,为母材强度的68%,焊缝内部的分层和气孔是影响接头力学性能和断裂机制的主要原因,通过激光塑料透射焊接技术,可以获得接头力学性能良好的焊接试样。     

激光清洗7075铝合金轮胎模具表面质量优化分析

使用脉冲光纤激光器对铝合金轮胎模具表面污染物的清除有助于提高轮胎生产的质量,延长轮胎的使用寿命。研究不同能量密度和扫描速度下激光清洗的效果,通过扫描电镜观察每次清洗后材料的表面形貌,使用SHR112便携式粗糙度仪测量每次清洗后试件的表面粗糙度,得到最优参数,通过能谱仪分析最优参数下实验前后材料表面元素变化情况。实验表明,在激光功率为25 W,激光重复频率为50 kHz,激光能量密度为25.5 J/cm²,扫描速度为120 cm/s时,可完全清除污渍,最终材料表面粗糙度约为3.17μm,符合行业标准。清洗过后试件表面O、S含量降低,Al含量升高。该实验的完成有效合理地对铝合金表面进行了清洗。