小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4 ms、峰值300 W、频率15 Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2 ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。     

工艺参数对304不锈钢脉冲Nd∶YAG激光/TIG电弧复合焊焊缝成形的影响

研究了304不锈钢脉冲Nd:YAG激光TIG电弧复合热源焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,脉冲Nd:YAG激光/TIG电弧复合焊焊缝横截面面积大于单一激光焊焊缝横截面面积与单一TIG焊焊缝横截面面积之和,具有协同效应;激光功率增大时,复合焊焊缝熔深和熔宽均增大,复合焊焊缝横截面面积增大,复合热源热效率也增大;离焦...     

304不锈钢MIG、激光和激光-MIG复合焊接工艺对比研究

采用MIG焊、激光焊、激光-MIG复合焊分别在5 mm厚304不锈钢板上进行堆焊,对比分析三种焊接方式下焊接接头的宏观形貌和显微组织。试验结果表明,激光-MIG复合焊接中激光与电弧两热源叠加并产生复合作用,焊缝兼有MIG焊和激光焊的形貌特征,其中MIG电弧主要作用在复合焊熔池的上部,具有MIG焊焊缝大熔宽、浅熔深特征,激光热源主要作用于复合焊熔池的下部,具有激光焊焊缝大深宽比特征。因为热源的复合作用,激光-MIG复合焊接拥有比单MIG焊接和激光焊接更好的桥接能力、成形能力和组织性能。     

焊接参数对铝合金激光——MIG电弧复合焊缝熔深的影响

以5A06(LF6)铝合金为研究对象,研究了铝合金激光-MIG电弧复合焊(HYBRID焊)时焊接参数的变化对焊缝熔深的影响规律,并将焊接参数的变化对激光-MIG电弧复合焊、MIG电弧焊、激光焊的焊缝熔深的影响进行了综合比较分析.结果表明,若以等效于激光焊熔深的MIG电弧功率为分界线,可以把MIG电弧的功率分成高、低能量两个区,当激光与低能量电弧区的电弧复合时,激光对焊缝的熔深起主导作用,HYBRID焊的熔深大于该区的MIG电弧焊;当激光与高能量电弧区的电弧复合时,电弧对焊缝的熔深起主导作用,HYBRID焊缝主要体现为MIG焊缝的特点,加入激光的优势主要体现在增加焊接速度方面,即高速焊时也可获得良好的焊缝成形.     

CO2激光-MAG电弧复合焊接保护气体的影响规律

保护气体是决定CO2激光-MAG(metal active gas)电弧复合焊接工艺稳定性、焊接熔深和接头质量的关键因素,但是相关的试验研究报道有限.对此,采用He-Ar和CO2-Ar混合气体在Q235钢板上进行了CO2激光-MAG电弧复合焊接工艺研究.结果表明,保护气体种类与配比对工艺和焊缝特征有明显的影响.He-Ar焊缝能够得到更大的焊接熔深和焊缝硬度.CO2-Ar中的CO2在高温下分解形成氧进入熔池后改变了表面张力系数,进而改变了熔池流动方向,导致在CO2≥30%后形成平整的焊缝余高,焊缝电弧区和激光区的过渡更加平滑.当CO2含量＞30%后,复合焊接工艺稳定性变差,焊缝硬度急剧降低.     

光纤激光器激光-TIG复合焊接工艺

对光纤激光器激光与TIG复合焊接工艺进行了研究,并通过一套光纤激光器对激光与TIG复合焊接系统进行了相关试验,考察了光纤激光器激光与TIG复合条件下焊缝外观、熔深、对间隙的适应性等。结果表明,复合条件下焊缝外观、熔深、对间隙的适应性等相对激光焊接都有所提升。     

中厚板对接MAG-TIG双电弧打底焊研究

研究了MAG-TIG双电弧复合热源中厚钢板自由成形打底焊接工艺,采用高速摄像机采集焊接过程中的电弧形态和熔池流动行为,焊后采用光学显微镜、万能力学性能测试仪等设备对接头进行测试分析。结果表明:与单独脉冲MAG焊相比,MAG-TIG双电弧复合热源打底焊接工艺熔透均匀,且正、反面自由成形连续、稳定;TIG电弧的存在对MAG电弧产生电磁排斥力,使MAG电弧稳定作用于熔池前端;拉伸测试获得的平均拉伸强度为466 MPa,断裂均发生在远离焊缝和热影响区的母材;通过调整TIG电弧的作用位置和电流大小,可以控制MAG电弧加热位置,以及焊接熔池上方热输入的分配,实现了MAG-TIG复合焊接熔池流动行为的调控。     

高速TIG-MIG复合焊焊缝驼峰及咬边消除机理

搭建了TIG-MIG复合焊试验平台及电参数-高速图像同步采集系统,进行了一系列低碳钢高速TIG-MIG复合焊工艺试验,研究了高速TIG-MIG复合焊的电弧形态、熔滴过渡及熔池行为对焊缝成形的影响,并确定了合适的匹配参数.结果表明,MIG焊电流在240~300 A,且TIG焊电流与MIG焊电流相当时,TIG-MIG复合焊焊接过程稳定,即使在焊接速度高达2.5 m/min时,焊缝仍无驼峰、咬边等缺陷,与传统MIG焊相比,熔深增加,熔宽减小.TIG-MIG复合焊由于电弧间的相互作用,两电弧指向发生偏转,电弧压力减小,焊接过程不产生弧坑,且熔宽变窄,这是避免驼峰和咬边缺陷的主要原因.     

激光-电弧复合热源焊接钛合金薄板T形结构件

采用低功率激光-电弧复合热源工艺进行钛合金薄板T形结构件的焊接,焊后采用光学显微镜、X射线衍射仪等设备对接头进行分析.结果表明,激光-电弧复合热源焊接过程中激光可以诱导增强电弧、提高电弧穿透能力,采用激光-电弧复合热源易于进行T形结构件的连接;焊缝形成均匀细密鱼鳞纹,接头背面熔透均匀、过渡平缓,焊缝宽度小;焊缝主要由α＇相和β相组成,焊接时脉冲激光和TIG脉冲电流对熔池的搅拌作用及金属蒸气和等离子体喷射对熔池的搅拌作用使得细小α＇针疏松散乱;Al元素和Mn元素含量稳定,没有发生成分偏析.     

A-TIG焊接熔深增加机理

活性化氩弧焊(A-TIG)焊接方法与传统TIG焊相比,具有明显的熔深增加作用.模拟了Nimonic 263 A-TIG焊接流场温度场,并对试验与模拟焊缝形状进行了对比.结果表明,同一焊接电流下,与TIG焊缝相比,A-TIG焊缝的熔深较深而熔宽较小.随着焊接电流的增加或者焊接速度的降低,A-TIG焊缝熔深呈线性增加,且比TIG焊的熔深增加效果明显.通过分析流体流动方式,进一步推测了A-TIG熔深增加机理:熔池内液体流动方式是熔深增加的主要原因,熔池中心处液体的流速明显高于熔池边缘,中心由外向内的环流为熔池内液体流动的主导方向.这个方向的环流将高温液体带到熔池底部,使熔池底部的熔化速度较熔池边缘有了明显的增加,且随着焊接电流的增加,熔深增加效果也不断提高.     

铝合金焊接工艺与接头组织相关性的研究

利用光纤激光器与TIG交直流电焊机实现了6 mm厚2014高强铝合金的激光热传导焊、激光深熔焊和激光-TIG电弧复合焊,并借助于激光共聚焦扫描显微镜对其接头形貌特征和接头微观组织进行了分析。结果表明,焊接接头的熔深、熔宽、熔合线宽度、软化区宽度、焊缝中心区晶粒尺寸与焊接工艺具有显著的相关性,三种焊接工艺下得到的软化区和焊缝中心区等轴晶晶粒尺寸远小于目前采用的填丝TIG焊焊接工艺。     

光纤激光焊接熔池和小孔的高速摄像与分析

采用主动光源和光学窄带滤光片等辅助器件,利用高速摄像技术对光纤激光焊接过程中的熔池和小孔进行了拍摄,获得了较为清晰的熔池和小孔图像,以及不同激光功率下光纤激光焊接熔池和小孔的实际尺寸,可以为光纤激光焊接熔池和小孔的模拟提供可靠的参考依据。对高速摄像图片和焊缝熔深波动以及焊缝形貌进行了分析。结果表明:小孔前沿附近是光纤激光焊接过程中飞溅产生的主要区域;利用高速摄像可以监测焊缝的熔深变化;熔池温度最低的区域为熔池后部的中轴线两侧,而非熔池边界处。     

电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的影响

由于热源形式的特殊性,激光-电弧复合焊接过程中激光和电弧间易发生相互干扰,产生飞溅和底部驼峰等缺陷。以590 MPa级船用高强钢为研究对象,研究了电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和焊缝底部驼峰的影响。为了深入研究激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的产生机理,利用高速摄像设备对熔滴过渡行为和焊缝底部熔池进行了观察。结果表明,适当缩短电弧弧长可以降低激光和电弧间的相互干扰,提高复合焊接过程的稳定性,进而降低飞溅产生的倾向。底部驼峰是小孔熔透性差和底部熔池流动不连续所引起的。缩短电弧弧长可以对底部驼峰的产生起到抑制作用,这是因为缩短电弧弧长可以降低等离子体对激光的吸收,提高激光的能量利用率,增加小孔熔透性和稳定性。 创新点： 研究了电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的影响,采用高速摄像方法对底部熔池流动进行了观察,进一步明确了激光-电弧复合焊接焊缝底部驼峰的产生原因。     

2219高强铝合金双频复合脉冲VPTIG焊接受激脉冲小孔行为

K-TIG （Keyhole TIG）是TIG焊接工艺的一种变体,通过在熔池内部形成小孔,大幅提高焊缝熔深。然而,由于铝合金热导率较高,K-TIG通常被认为不适用于铝合金焊接。采用一种新型双频复合脉冲变极性TIG（DP-VPTIG）焊接工艺,成功实现了7 mm厚2219高强铝合金的稳定全熔透小孔焊接。采用视觉传感技术研究了DP-VPTIG焊接小孔瞬态行为及其动态演变过程。结果表明,熔池表面同时受到向上的电弧压力以及向下的表面张力和静水压力作用。DP-VPTIG低频脉冲峰值阶段,在电弧压力主导作用下熔池表面发生凹陷变形并在熔池内部形成深熔小孔;低频脉冲基值阶段,在表面张力和静水压力的主导作用下,熔池表面上移,小孔闭合。DP-VPTIG焊接过程中低频脉冲的周期性变化激发了熔池内部小孔的周期性“打开”和“闭合”。小孔的形成使电弧沿熔池表面下移,直接加热熔池下部的固态金属,有利于焊缝熔深的提升,且小孔尺寸随低频脉冲频率的增加而减小。     

MnCl2引入对粉末熔池耦合活性TIG焊交流电弧的影响

粉末熔池耦合活性TIG焊接法是一种新型高效焊接方法,通过选择对应的活性剂粉末,可实现几乎所有金属的焊接.针对采用MnCl2作为活性剂的交流粉末熔池耦合活性TIG焊电弧,采集等离子体光谱,利用Boltzmann作图法分析了电弧等离子体温度随时间的变化规律,并结合电弧电压变化规律,通过与传统交流TIG电弧对比研究MnCl2对交流电弧的影响.结果表明,对于交流TIG电弧,EN时段的电弧光谱强度高于EP时段,EN时段的电弧电压小于EP时段,EN时段的电弧温度低于EP时段.而由于活性剂MnCl2的引入,交流粉末熔池耦合活性TIG电弧的中心温度与EN时段和EP时段的电弧电压均高于传统交流TIG电弧,焊缝熔深较传统交流TIG焊显著增加.     

非铁金属的焊接

铝合金焊接快速成形层间间隔时间分析;焊接参数对铝合金激光-MIG电弧复合焊缝熔深的影响;异种铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织与力学性能;钛合金激光焊接头质量控制工艺的研究现状;ZnCl3和TiO2活性剂对镁台金TIG焊的影响     

非铁金属的焊接

铝合金焊接快速成形层间间隔时间分析;焊接参数对铝合金激光-MIG电弧复合焊缝熔深的影响;异种铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织与力学性能;钛合金激光焊接头质量控制工艺的研究现状;ZnCl3和TiO2活性剂对镁台金TIG焊的影响     

工艺参数对AZ31镁合金激光-MIG复合焊缝成形的影响

系统研究激光功率、电弧电流和热源间距对10 mm厚AZ31镁合金激光-MIG (Metal inert gas) 复合焊接工艺稳定性和焊缝成形的影响规律.结果表明:实现最大激光-电弧协同效应的最优热源间距为3 mm;复合焊接熔深决定于激光功率;MIG电弧电流对焊缝宽度有显著影响,但是对焊接熔深影响有限;在优化的工艺参数下,激光-MIG复合焊接能够有效消除镁合金激光焊缝中存在的表面成形缺陷,焊接速度提高50%;与MIG焊接相比,复合焊接熔深提高近10倍,电弧燃烧和熔滴过渡稳定性大幅度提高;因而激光-MIG复合焊接是镁合金焊接的一种有效方法.     

铝合金激光-小功率脉冲MIG电弧复合热源焊接特性分析

针对5A06铝合金,通过一系列对比数据综合分析了MIG焊和激光MIG复合热源焊接技术在焊缝熔深、焊缝成形、焊接速度、焊接热输入等方面的优缺点.结果表明,在MIG平均电流小于200 A的小功率脉冲MIG电弧区域内,等热输入且等焊接速度条件下,激光-MIG复合热源焊接技术与MIG相比可以提高焊缝深宽比1～2倍,增加焊缝熔深0.43～2.5倍;等热输入且等平均焊接电流条件下,与MIG相比,激光MIG复合热源焊接技术可以提高焊接速度0.6～1.5倍,增加焊缝熔深0.5～5.9倍;激光MIG复合热源焊接技术可以用高于MIG焊0.6～6.5倍的焊接速度和更小的焊接热输入获得与MIG同样的焊缝熔深;与MIG焊相比,激光MIG复合热源焊缝的铺展性更好,更适合于高速焊接;MIG复合2 kW的激光能量后会增加平均电弧电压、减小平均电流.     

激光-等离子电弧复合焊接参数对焊缝形貌的影响

激光-等离子电弧复合焊接技术是具有良好工业前景的新型焊接技术,相比于TIG电弧,等离子电弧更加稳定,钨极烧损小,能显著提高焊接效率。以10 mm厚度的304不锈钢为母材进行表面堆焊,研究了激光功率、离焦量、焊接电流、焊接速度和热源间距对熔深、熔宽的影响。结果表明,复合焊的熔深熔宽大于单独焊的熔深熔宽,随着激光功率的增加,熔深熔宽逐渐增加。焊接电流小于200 A时,熔深的变化大于熔宽的变化,电流大于200 A时,二者的变化速度接近一致。熔深对离焦量敏感,负离焦能得到更大的熔深。随着焊接速度增大,熔深熔宽逐渐变小,高速下的焊接过程更加稳定。随着热源间距的增大,复合焊熔深逐渐变小,熔宽呈减小趋势,熔深变化较大。激光后置的焊接方式要优于激光前置。