铝合金万瓦级激光-MIG 电弧复合焊缝成形

针对5A06铝合金进行了万瓦级激光-MIG电弧复合焊接工艺试验,分析了激光功率、离焦量、焊接速度、光丝间距对焊缝成形的影响。结果表明,万瓦级激光-电弧复合焊的焊接窗口窄、焊接过程不稳定,焊缝易出现驼峰、凹陷、咬边等缺陷。激光功率、离焦量和焊接速度对焊缝熔深影响较大,激光功率由10 kW增加至30 kW,焊缝熔深增加18 mm,达到29 mm。光丝间距对焊缝熔深熔宽影响较小。通过调节工艺参数,可明显改善铝合金万瓦级激光-MIG电弧复合焊的焊缝成形,适当的工艺参数下,可在达到最大熔深的同时获得具有稳定表面成形的焊缝。     

工艺参数对激光扫描焊接接头形貌及性能的影响

为获得高质量镀锌板焊接接头,采用激光扫描焊接方法对1.5 mm厚DP 780镀锌板进行搭接焊,研究激光功率、焊接速度对焊接接头的焊缝成形、显微组织及力学性能的影响。结果表明,激光功率和焊接速度分别在2.5～3.0 kW,25～55 mm/s区间内可获得全熔透焊缝;增大焊接功率,有利于消除焊缝表面咬边,但造成焊缝表面内凹现象严重;全熔透焊接时,增大焊接速度可减少焊缝内凹程度。焊缝中心主要由粗大的板条状马氏体组成,热影响区主要由马氏体和铁素体组成,降低焊接功率或增大焊接速度均可使马氏体组织含量减少及尺寸减小、铁素体含量增加。显微硬度试验表明焊接接头出现软化区,解释了接头拉伸性能在焊接速度55～75 mm/s范围内出现增大现象。焊接功率3.0 kW,焊接速度45 mm/s工艺参数组合最合适。     

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.     

镍-不锈钢复合板激光深熔焊工艺研究

采用30 kW超高功率光纤激光器对总厚度20 mm的镍-不锈钢复合板开展激光深熔焊试验,分析了激光功率、焊接速度和离焦量对焊缝表面成形的影响。结果表明,在离焦量-8 mm,焊接速度2.1 m/min保持不变的情况下,随着激光功率的增加,焊缝均得以实现单面焊背面成形,但存在表面下塌、飞溅和咬边缺陷;当激光功率为26 kW时,在焊接过程稳定阶段（除起弧和收弧位置）获得了背面成形均匀、连续、根部熔透良好的焊缝;当激光功率为25 kW、离焦量为-8 mm时,焊接速度范围在1.8～2.4 m/min时,焊缝表面出现塌陷及底部驼峰缺陷;当焊接速度为2.4 m/min时,焊缝部分位置未焊透,且焊缝稳定性差;随着离焦量从-3 mm到-10 mm变化,焊缝均被熔透,但存在飞溅、咬边和表面下塌缺陷。本研究为后续进一步优化激光深熔焊工艺提供了试验依据。     

激光清洗对30Cr3超高强度钢表面及焊接质量的影响

为了研究激光清洗预处理对30Cr3超高强度钢焊接质量的影响，通过扫描电镜分别对清洗前后的表面形貌、元素组成及基体组织进行对比观察。结果表明，合适的激光清洗工艺可有效去除30Cr3超高强度钢待焊表面氧化层，使表面更加光滑平整，且不损伤基体材料。将激光清洗后的试验件进行电子束焊接，焊后观察其焊缝表面成形良好，无咬边、凹陷等缺陷，焊缝内部质量及力学性能均能达到要求。将焊接接头制成金相试片观察其显微组织形貌，激光清洗预处理后的焊接接头在低倍扫描电镜下焊缝成形饱满，没有出现裂纹、咬边等缺陷；通过高倍扫描电镜观察焊缝中心区域晶粒细小均匀。因此，30Cr3超高强度钢焊前采用激光清洗进行预处理可以有效清除待焊表面污染层，且焊接质量满足要求。     

激光焊接熔池动态行为数值模拟的进展与分析

激光焊接匙孔和熔池行为与焊接缺陷的形成和焊接质量直接相关,研究激光焊接匙孔和熔池行为对理解激光焊接机理和控制焊接质量具有重要意义。国内外学者根据焊接过程中的物理现象和测试数据,提出了相应的数学模型和计算方法,来模拟熔池内部的流动行为、匙孔的演化行为及其内部金属蒸汽的动力学行为,通过激光焊接熔池行为的数值模拟可提前预测并采取相应措施降低焊接缺陷的形成,将有利于提高激光焊接工件的焊缝质量。对国内外激光焊接熔池行为的数值模拟技术,如激光深熔焊、双束激光焊接、真空激光焊接、磁场作用下的激光焊接、液态金属作用下的激光焊接熔池动态行为数值模拟的研究现状进行了分析和概括,以期为激光焊接熔池数值模拟方面的研究提供参考。     

电磁控制作用下激光自动化焊接对铝合金焊缝孔隙率及表面粗糙度的影响

电磁控制作用有利于铝合金激光焊过程中产生的气孔穿过氧化层排出。高频电磁下的焊接渗透深度低,能在焊缝表面发挥稳定效应。两个磁极之间的激光束在工件表面的作用点(lpa)对电磁场影响焊缝表面粗糙度至关重要,通过观察分析,发现随着激光作用点参数的变化,焊接面粗糙度也有所不同。合理选择lpa,焊接表面的粗糙度可以降低50%。通过观察气孔相对减少量,对比不同参数对除气效果的影响。     

匙孔内光纤激光致喷发蒸汽对焊接过程的影响

光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响.文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律.结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小.该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化.进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.     

磁控TIG高速焊的研究现状

磁控焊接技术是近些年来逐渐发展起来的一种新型的焊接技术,为解决在TIG高速焊过程中,电弧后拖产生咬边、驼峰焊道、未焊透等焊缝成形缺陷,采用外加磁场的方法,通过改变焊接工艺参数与外加磁场的参数影响,如激磁电流、激磁电流频率、磁感应强度等磁控参数,改变电弧形态和运动特性,从而抑制咬边,改善焊缝成形缺陷。文中通过磁控技术对TIG高速焊的电弧形态及焊缝缺陷的解决进行了探讨。     

智能视觉技术在焊接系统中的应用

介绍了最新的激光视觉传感技术在机器人焊缝搜索定位、机器人或专机自动化焊缝跟踪及智能化激光焊接系统中的应用。设计的Sense-I/D和SF/D传感器能实现快速精确地搜索定位焊缝,而且能最大限度地减少对焊枪可达性的影响;先进的Mini-I/D激光传感系统可以简单而可靠地实现焊缝跟踪,在焊接中能够根据所测量的间隙和错边等数据实时地调整焊接过程参数;Digi-Las数字激光焊接头包含了焊缝搜索位、焊缝跟踪、焊接参数自适应控制及焊缝成形和表面缺陷检测功能。应用适合焊接的智能化激光视觉传感技术,可提高焊接质量和生产效率,降低焊接生产成本,有效提高焊接产品质量和价格的竞争力。     

激光焊接参数对汽车用双相镀锌钢DP780焊接接头性能的影响

通过实验研究了激光功率、焊接速度对零间隙激光焊接汽车用双相镀锌钢D P780焊接接头性能的影响。焊接速度恒定时,焊接接头固化时间随着激光功率的增加而增加,大量锌蒸汽通过液态金属及气孔逸出,熔池内部锌蒸汽减少,焊缝内部孔隙度水平下降、气孔本身变小,焊接接头性能增加;激光功率恒定、焊接速度不同时,随着焊接速度的增加,焊接接头固化时间减小,锌蒸汽通过液态金属及气孔逸出的难度增加,大量锌蒸汽停留在焊接接头内部,造成焊件表面和焊接接头内部孔隙度增加,由于气孔的存在,工件机械强度减少,焊接接头的焊接性能随之变差。     

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.     

渣金间辅助外电场提高焊接工艺稳定性分析

为探索焊接过程实现高稳定性工艺的潜在途径,最大限度地减少重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作,提出并试验了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场对渣金电导载流进行导流,进而提高焊接工艺稳定性的方法,并应用焊接电信号分析仪对弧压信号进行了采集统计分析.结果表明,以钨电极作阴极利用电场在渣金熔体内部形成稳定的电导载流,可使熔渣电导性能得以改善,并引导电子进入电弧阴极中心以增强电弧的集聚程度.同时外电场作用也使渣金内部的带电粒子形成有序运动并在界面结合成低表面能的活性氧化物,又可改善液态熔渣在焊缝金属表面的润湿铺展性能.实施辅助电场引入的这些有益作用使焊缝形状、表面光洁度、尤其是焊缝边缘平直均匀性得到较好地改观,焊接过程工艺稳定性得以进一步提高.     

常压/真空环境激光焊接焊缝成形特性及残余应力与变形对比

在高功率激光焊接中,采用增大激光功率的方法以获得更大熔深时,面临焊接过程稳定性差、焊接缺陷频发等问题,目前国内外普遍认为真空激光焊接是解决以上问题的有效手段. 文中采用工艺试验和数值模拟的方法,研究了常压和真空环境下中厚度全熔透激光焊接在焊缝成形及残余应力与变形分布的差异. 结果表明,降低环境压力可显著增加激光焊接熔透深度,真空环境可以将常压环境10 mm全熔透激光焊接所需激光功率从10 kW降低到6 kW,并获得更好的焊接质量. 常压环境和真空环境下,全熔透激光焊接工件展现出类似的横向残余应力、纵向残余应力和变形分布规律,但由于真空环境下热输入较低,焊缝深宽比大,焊后残余应力的峰值和变形程度均显著小于常压环境.     

船用钢板T型接头CO_2激光电弧复合焊工艺与组织分析

采用高功率CO2激光电弧复合焊方法对14mm厚的CCS-A船用钢板进行了熔透型T型接头的双面焊接。通过工艺参数优化,获得了焊缝成形质量良好的T型接头,焊缝共2道。工艺试验表明,接头不开坡口可降低焊缝咬边缺陷倾向;较小的激光束与面板的夹角可获得较大的熔深。光学显微镜观察发现,在焊缝区和热影响区均有马氏体组织形成,其中细晶区主要为细小马氏体。焊接接头硬度测试显示,接头最大硬度在细晶区。T型接头第二面焊接对第一面焊接有回火作用,使其硬度降低,最终焊接接头的最大硬度小于380HV。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源规范参数对平板堆焊焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价复合热源平板堆焊焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd：YAG激光＋脉冲MAG复合热源堆焊过程中焊接规范参数对复合热源平板堆焊焊缝表面成形的影响并分析了激光对复合热源堆焊焊缝表面成形的影响.研究结果表明,在电弧功率变化过程中,随着激光功率的增大,其对平板堆焊焊缝表面成形的影响也逐渐增大;焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善堆焊焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度;而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源平板堆焊焊缝表面成形的影响很小.     

渣金间辅助外电场提高焊接工艺稳定性分析

为探索焊接过程实现高稳定性工艺的潜在途径,最大限度地减少重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作,提出并试验了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场对渣金电导载流进行导流,进而提高焊接工艺稳定性的方法,并应用焊接电信号分析仪对弧压信号进行了采集统计分析.结果表明,以钨电极作阴极利用电场在渣金熔体内部形成稳定的电导载流,可使熔渣电导性能得以改善,并引导电子进入电弧阴极中心以增强电弧的集聚程度.同时外电场作用也使渣金内部的带电粒子形成有序运动并在界面结合成低表面能的活性氧化物,又可改善液态熔渣在焊缝金属表面的润湿铺展性能.实施辅助电场引入的这些有益作用使焊缝形状、表面光洁度、尤其是焊缝边缘平直均匀性得到较好地改观,焊接过程工艺稳定性得以进一步提高.     

DIGI—LAS激光焊接头在汽车及航空航天部件焊接中的应用

随着汽车、航空航天等行业激光焊接应用的发展,含有非平行直线或曲线焊缝的剪裁激光拼焊板件快速增长,柔性的机器人激光焊应用也随之增加.但目前的大多数关节式工业机器人尚难以有效地追踪重复性不足的焊缝.集成了激光视觉传感的DIGI-LAS激光焊接头系统特别适合这些机器人或专机的激光焊应用.DIGI-LAS系统配置了2个激光传感器,一个用于焊前搜索、定位焊缝及焊缝跟踪,另一个用于实时检测焊缝,包括焊缝的成形尺寸和探测表面缺陷.此外,DIGI-LAS的激光传感器能够记录机器人追踪焊缝的误差,在焊接时给予补偿,保证了机器人系统可以满足激光焊的精度要求.经过补偿后,在超过6 m/min的焊接速度下,系统追踪曲率半径为50 mm的曲线焊缝的对中误差小于100 μm.检测结果通过数字IO输出到机器人、PLC或外部的质量管理系统.自动的焊接质量检测有助于用户实现6σ的质量控制与管理.     

激光焊接中的双焦点技术

在激光焊接中,激光束通过聚焦头聚焦到工件表面,良好的激光聚焦性能是获得高质量焊缝的关键传统的聚焦头只是时激光进行单焦点聚焦.通过分析双焦点聚焦特性对激光焊接质量的影响,论证了双焦点激光焊接技术的特点.     

大厚度船用高强钢激光-电弧复合焊技术研究

为实现大厚度高强钢全熔透单道对接焊,针对厚度20mm的AH32船用高强钢,采用15kW大功率CO_2激光进行激光-电弧复合焊接.分析了工件坡口、焊接速度、送丝速度、离焦量、装配间隙等规范参数对焊缝成型影响;通过金相观察以及显微硬度测定分析了接头组织性能.结果表明:通过激光功率等焊接规范匹配,激光-电弧复合焊接能实现20mm厚板的全熔透单道对接;钝边为8mm的Y形坡口有助于提高厚板激光-电弧复合焊缝熔透能力;降低焊接速度有利于提高熔深能力;工件厚度较大时,装配间隙对焊缝熔深能力的影响较为显著;接头硬度表明厚板激光复合焊焊缝纵向热循环模式存在较大差异.