镁合金的低功率激光活性焊

试验研究几种常见活性剂对镁合金激光焊接过程的影响.结果表明,在低功率激光条件下,氧化物和氯化物活性剂能够增加镁合金激光焊接的熔深和深宽比.试验中,SiO2能够增加焊接熔深220%左右,证明通过使用活性剂来增加熔深,降低镁合金薄板激光焊接的成本是可行的;焊接热输入是影响活性激光焊熔深的重要参数;熔深增加的主要原因是活性剂微细粉末在激光作用初期增加对激光能量的吸收率.     

不同组元活性剂对不锈钢脉冲TIG焊熔池表面张力的影响

准确获取焊接条件下熔池金属表面张力的基础数据对深入理解焊接过程中熔池金属流动及传热机制、焊缝缺陷形成等具有重要意义,但实时测量十分困难. 采用激光视觉法测量了单一组元(TiO₂,CaF₂)及二组元(30%TiO₂ + 70%CaF₂,70%TiO₂ + 30%CaF₂)活性剂下304不锈钢脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率,并根据特定模式下熔池特征频率与表面张力的解析模型计算了熔池金属表面张力,分析了不同组元活性剂对熔池金属平均表面张力的影响规律,在此基础上研究了不同组元活性剂对焊缝熔深的影响和增加熔深的机理. 结果表明,TiO₂能够改变熔池金属表面张力温度梯度,使熔池金属流动方向发生变化,CaF₂能够降低熔池金属表面张力绝对值,使熔池金属流速增加;二组元活性剂增加熔深是熔池金属流速增加和表面张力温度梯度改变共同作用的结果.     

镁合金活性焊与活性焊丝焊接电弧光谱对比分析

以TiO_2和CaCl_2为活性剂,研究了传统活性焊以及活性焊丝焊接中熔深的增加作用,并分析了焊接过程中的电弧光谱行为。结果表明,采用传统活性焊方法以及活性焊丝焊方法均可以显著增加镁合金TIG焊的熔深,不同种类的活性剂增加熔深的效果不同,并且活性剂所处的位置不同,其增加熔深的效果也不相同。当使用TiO_2活性剂时,不管是涂敷在母材表面,还是涂敷在焊丝表面,均没有观察到其一次离子的谱线。而在活性焊丝焊接电弧中,观察到了Ca元素的一次离子的谱线,说明CaCl_2活性剂主要通过影响焊接电弧来增加焊接熔深,而TiO_2,活性剂增加焊接熔深的机理主要是影响熔池行为,对焊接电弧作用较小。     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光一等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型，在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用，通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场，重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响。结果表明，在熔池形成的初始阶段，表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用，而电磁力的作用受到抑制，随着熔深增加，电磁力作用增强并引起涡旋，导致熔深和下表面熔宽增加。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合。     

表面活性剂对铝合金直流正接A-TIG焊熔深的影响

试验利用铝合金直流正接A-TIG焊分别以CaF2、TiO2、SiO2和自行研制的AF305铝合金A-TIG焊活性剂作为试验用表面活性剂，研究了表面活性剂对焊接熔深的影响，初步分析了表面活性剂增加铝合金A-TIG焊熔深的机理。发现焊接熔深变化随活性剂的不同而不同，并且与焊接电压变化一致。认为热输入变化是影响熔深变化的重要因素，尤其对于SiO2，焊接熔深与熔宽同步变化，热输入增加是熔深增加的主要因素。     

SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理

采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Activating flux TIG)焊时,SiO2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究.进行正散焦真空电子束焊试验,SiO2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现SiO2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现SiO2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中SiO2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部.认为电弧极性区收缩和热输入增加是SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理.     

数值模拟在活性焊接技术研究中的应用现状及展望

高效率生产是焊接工作者持续追求的目标之一，而实现深熔深焊接是重要途径之一，尤其是能获得优异焊接质量但熔深较浅的TIG焊。活性焊接方法起源于AF-TIG焊（Activating Flux TIG welding），通过在普通TIG焊接前在待焊母材表面涂敷活性剂材料，可使得熔深显著增加，达到TIG焊熔深的2倍及以上。为了推动活性焊接方法的应用与发展，通过介绍活性焊熔深增加的两种机理，数值模拟在熔池流动、应力应变、活性剂过渡方面的应用，深入理解活性元素对熔深增加和焊缝性能的影响。并认为活性剂增加熔深机理有待厘清，加强研究活性元素在低温凝固阶段中的冶金行为及其对熔池金属相变过程和焊缝性能的影响规律，将会促进活性元素引入精细控制技术和新型活性焊接方法的开发。     

活性剂对钛合金激光焊焊缝成形影响

咬边是钛合金激光焊常见的焊缝成形缺陷,文中将A-TIG焊用活性剂应用于TA15钛合金CO2激光焊的研究结果表明,活性剂不仅可有效地改善焊缝咬边缺陷,而且可降低激光深熔焊的激光功率密度和热输入阈值.同样的焊接工艺参数,活性剂使钛合金CO2激光焊全熔透焊缝的背宽比增大,焊缝表面熔宽减小而中部熔宽增大,但过高的激光功率密度和热输入,活性剂反而影响激光对钛合金的作用,焊缝背宽比减小,表面熔宽增大,可能与金属汽化过于强烈有关.活性剂改善钛合金激光焊焊缝成形的作用主要有三方面,即增加钛合金对激光能量的吸收;降低熔池表面张力,改变表面张力流方向;降低光致等离子体的电离度,缩小等离子体云.     

TIG焊和PAW焊中活性剂对焊缝熔深的影响

针对常规TIG焊生产效率低、熔深小等问题，研究了TIG焊和PAW焊中应用活性剂对焊缝熔深的影响。结果表明，应用活性剂后，在同样的参数下，同传统TIG相比，活性剂能够大幅度提高不锈钢、铝合金和钛合金的焊缝熔深。对于PAW焊，熔深也有增加，但是增加的幅度不如TIG效果明显，但对焊缝成形有很好的改善。同时，活性剂对铝合金焊接背面能够起到保护作用。对于钛合金，活性剂除了增加焊缝的熔深外，还能够大幅度地消减焊缝产生的气孔。     

焊丝改性对CO_2气保焊焊缝成形的影响

为研究焊丝改性对CO_2气保焊焊缝成形的影响,通过采用普通焊丝焊接与采用涂有不同活性剂的改性焊丝焊接进行对比试验,对所获得的焊缝经过切割、抛光、腐蚀等工序,测量出各个焊道的熔宽、熔深和余高,计算出焊缝成形系数,研究活性剂对焊缝成形的影响,并分析活性剂在CO_2气体保护焊中的作用机理。试验结果表明:与普通焊丝相比,经过表面改性的焊丝焊接出来的焊缝熔宽增大,熔深更深,余高变小,成形更加美观。分析主要原因是活性剂的加入,改变了弧柱与外围气体的热交换条件,大大减小了径向热损耗,使弧根扩展,电弧形态发生改变,同时熔池表面张力发生变化,致使熔宽增大,焊缝余高变小,熔深变大。     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光-等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型,在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用,通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场,重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响.结果表明,在熔池形成的初始阶段,表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用,而电磁力的作用受到抑制,随着熔深增加,电磁力作用增强并引起涡旋,导致熔深和下表面熔宽增加.针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合.     

活性剂CMT焊接的研究

CO2气体保护焊飞溅较大,污染环境,影响人员健康。研究了CO2气体保护下的活性剂CMT焊接,旨在研究一种绿色高效的焊接技术。通过进行低碳钢的活性剂CMT焊接试验,研究结果表明:CMT焊接采用活性剂后,可以较大程度增加熔深,增加比例在20%以上。活性剂成分不同,焊缝熔深增加程度也不同。在活性剂CMT焊接中,活性剂对电弧气体电离和电极发射电子都产生重要影响,活性物质的加入使得电离电压降低,电弧稳定。活性剂CMT焊接使熔深增加是电弧压缩和表面张力共同作用的结果。其中B2O3和SiO2使焊缝熔深增加明显,与B和Si两元素具有较大的的电阻率有关。     

预热对铝合金激光焊缝成形的影响

采用Nd:YAG激光器对5154A铝合金板材进行室温及预热条件下搭接激光焊接试验。结果表明,预热对铝合金激光焊焊缝成形起到重大作用;随着预热温度的升高会不断加大焊缝的熔深和熔宽,最佳预热温度范围在200~300℃;当预热温度不变时,随着焊接速度的提高,熔宽减小,但在相同焊接速度时,由于预热增加了激光的吸收率并减少了熔化金属所需的能量,熔深及熔宽都有所增加。     

表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律. 基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用. 结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅. 添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌. 随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大.     

铝合金激光-MIG复合填丝焊稳定性分析

通过与铝合金激光-MIG复合焊方法相对比,主要研究了铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形、熔深稳定性、余高稳定性、焊缝气孔率、激光匙孔特征、等离子体特征. 试验结果表明,在合适的工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊焊接过程稳定,焊缝成形良好,额外填入的焊丝可以连续稳定地过渡到熔池中,激光匙孔具有明显的形成、长大、湮灭周期性变化特征;相同工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝熔深稳定性、余高稳定性与激光-MIG复合焊相当,激光匙孔开口面积约增加15.34%,等离子体+电弧总面积约增加1.95%.     

活性剂对GH4169薄板电子束焊接焊缝成形的影响

选用镍基高温合金GH4169进行试验,分析了不同种类活性剂对焊缝成形的影响规律,发现添加不同的氧化物对焊缝表面成形、熔深均有影响,而添加氟化物却影响不大.在此基础上,进行配比和优化,得到了能改善焊缝成形,提高表面质量的电子束焊活性焊剂.分析活性剂改善电子束焊接焊缝成形的原因,认为添加活性剂改变了熔池内部的表面张力梯度,从而影响了熔池的流动方式,形成了窄而深、表面成形较好的焊缝.结果表明,活性剂电子束焊接能改善焊缝表面成形,并可进一步消除咬边等表面缺陷,这对薄板的电子束焊接技术很有帮助.     

非铁金属的焊接

20084227SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理/黄勇…//焊接学报.-2008,29(1):45~49采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Ac-tivating flux TIG)焊时,Si O2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究。进行正散焦真空电子束焊试验,Si O2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现Si O2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现Si O2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中Si O2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部。认为电弧极性区收缩和热输入增加是Si O2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理。图9参1020084228高强铝合金焊接接头无析出物区的形成机理/田志凌…//金属学报.-2008,44(1):91~97采用电弧焊对20mm厚的2519-T87高强铝合金进行表面堆焊,观察了部分熔化区出现的无析出物区(PFZ)的组织特征,并对该区域的形成机理进行...     

A-TIG焊中氧含量对熔池流动方式影响的数值模拟

建立了三维移动热源作用下焊接熔池的数学模型,模拟了不同氧含量下熔池中的速度场和温度场.结果表明,氧化物活性剂中的氧元素改变了熔池中的表面张力温度系数,从而影响熔池中的流动方式,是熔深和深宽比增加的重要原因;随着氧含量的增加,深宽比和熔深急剧增加,熔宽减小.当氧含量超过150×10-6时,增加氧量,熔池表面最高温度减小,并逐渐趋于一定值;当氧含量超过200×10-6时,深宽比、熔深和熔宽趋于一定值;氧含量小于300×10-6时,熔池表面最高温度高于正表面张力温度系数作用的温度范围,正、负表面张力温度系数在熔池中同时存在.当氧含量超过300×10-6时,熔池表面最高温度处于正表面张力温度系数作用的温度范围之内,熔池中的表面张力温度系数为正值;随着氧含量的增加,在熔池中出现数目、大小、方向、位置不同的涡流,当两个涡流的方向均由熔池边缘流向熔池中心的环流时,涡流有效地把电弧能带到熔池底部,产生较大的熔深和深宽比.     

非铁金属的焊接

20084227SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理/黄勇…//焊接学报.-2008,29(1):45~49采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Ac-tivating flux TIG)焊时,Si O2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究。进行正散焦真空电子束焊试验,Si O2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现Si O2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现Si O2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中Si O2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部。认为电弧极性区收缩和热输入增加是Si O2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理。图9参1020084228高强铝合金焊接接头无析出物区的形成机理/田志凌…//金属学报.-2008,44(1):91~97采用电弧焊对20mm厚的2519-T87高强铝合金进行表面堆焊,观察了部分熔化区出现的无析出物区(PFZ)的组织特征,并对该区域的形成机理进行...     

双丝埋弧焊在造船业的应用和探索

造船业采用高效的双丝埋弧焊法,在焊接线能量一定的条件下,针对性很强地匹配各焊接参数以获得符合规范要求的焊接接头,同时满足CCS有关焊接工艺认可要求,并适用于车间大生产。通过单、双丝焊接接头金相对比观察到熔池液体金属结晶角度方向产生很大变化,认为其原因在于焊接熔池的表面张力与温度为函数关系,熔池表面张力大小取决于熔池表面上的温度分布,而熔池表面张力是影响熔池内液体金属流动的主要驱动力,当大电压、小电流的后丝电弧叠加时的温度场形成新的热循环改变了整个熔池液体金属结晶角度方向,不同于单丝埋弧焊焊接电流熔深(熔深系数)和单丝熔池的观点。