激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

镁合金激光焊的研究现状及发展趋势

镁合金具有质轻、环保等特性,被誉为21世纪绿色工程材料,在汽车、摩托车、航天航空等领域有着广泛的应用前景,但焊接问题已经成为制约其应用的关键。和其他熔焊方法相比,激光焊具有焊缝熔深大、接头性能优良等特点,是镁合金焊接的理想方法之一。目前,两类典型的工业激光器,即CO2和Nd…YAG激光器都已用于镁合金焊接的研究。系统分析了镁合金激光焊的工艺方法、焊接材料、接头性能(主要为力学性能与腐蚀性能)以及冶金缺陷(主要有气孔和裂纹),综述了近年来国内外镁合金激光焊接的研究现状,并对镁合金激光焊研究及应用的发展趋势进行了展望。     

激光焊接铸造镍基高温合金工艺研究

研究了铸造镍基高温合金（Ｋ３）激光焊接时工艺参数对焊缝熔深及熔宽的影响．讨论了焊缝及热影响区产生热裂纹的机制及防止措施．结果表明，采用合适的激光焊接工艺可得到有较高强度、没有裂纹和气孔等焊接缺陷的接头．     

CO2激光焊接高强度镀锌板的试验研究

为了研究汽车专用高强度镀锌钢板的CO2激光焊接性能,采用侧吹保护气体的方法,进行了大量的焊接试验,并对焊缝进行了显微组织分析和相关的机械性能试验.在试验的基础上,选择了焊接保护气体的种类,分析了热输入工艺参数对材料深熔焊接熔化特性的影响,解决了因锌的蒸发及环境中水分等因素的影响下,在激光焊接时焊缝中易于形成气孔的问题.结果表明,在侧吹保护气体的条件下,激光深熔焊接能有效地避免高强度镀锌钢热影响区的软化和控制焊缝气孔及焊接接头裂纹的产生.     

激光功率对高强Al-Mg-Si-Cu合金激光-CMT复合焊接接头组织性能的影响

采用激光-CMT复合焊接工艺（CMT，冷金属过渡）对2 mm厚400 MPa级Al-Mg-Si-Cu合金进行焊接，研究了激光功率对焊接接头宏观形貌及组织性能的影响。研究表明：激光功率达到3.6 kW时可获得全熔透焊接接头，随着激光功率的增加，熔宽不断增加而焊缝余高有所降低。熔宽增加和余高降低使得焊缝稀释率增加，焊缝中硅元素含量降低。随着激光功率的增加，焊缝中烧损的镁元素增加，镁元素含量亦有所降低。焊缝中镁和硅元素含量的降低导致固溶强化效果减弱。随着激光功率的增加，全熔透焊缝的硬度逐渐降低。密集气孔的存在进一步恶化了焊缝性能，导致拉伸过程中焊缝处的断裂。焊接接头抗拉强度亦呈不断降低的趋势，在激光功率为3.6 kW时，焊接接头的平均硬度和抗拉强度分别达到基材的65%(85 HV)和64%(271 MPa)。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

激光复合焊接7020铝合金的疲劳性能及损伤行为

通过激光-熔化极稀有气体保护电弧(MIG)复合焊得到了7020铝合金焊接接头,基于电子背散射衍射技术和高精度同步辐射X射线成像等,研究了该接头微观组织、力学性能、疲劳行为及断裂机制。结果表明,在焊接热循环作用下,冷却后复合焊接头各区域的晶粒形态、尺寸及组织成分发生了明显变化。接头静载抗拉强度和屈服强度分别为265.34 MPa和218.85 MPa,接头强度系数为0.74。在50%存活率下,当疲劳寿命为2×10~6循环周次时,复合焊接头的疲劳强度为96.13 MPa,约为母材的63.14%,焊接过程降低了材料的疲劳性能。疲劳裂纹萌生于复合焊接头熔合区表面深约103μm的缺口处,呈典型I型四分之一椭圆裂纹扩展形貌。在稳定扩展阶段,气孔对疲劳裂纹扩展速率的影响较小。     

脉冲调制减小CO2激光焊接气孔倾向的研究

针对激光深熔焊过程中易出现的气孔问题 ,本文研究了激光焊接时脉冲频率对焊缝气孔倾向及焊缝成形的影响规律。利用自制的斩波盘式激光脉冲调制机构和 3kW快轴流CO2 激光器进行了 5mm低碳钢板的激光焊接 ,分析了不同脉冲频率条件下焊缝成形和气孔分布。结果表明 ,厚板连续激光焊接时 ,气孔倾向十分严重 ,在未焊透的焊缝中 ,气孔主要分布在焊缝的根部 ,而采用频率在 15 - 2 0Hz范围的脉冲激光焊接 ,能显著减少焊缝中的气孔     

2060铝锂合金光纤激光填丝焊接工艺研究

2060-T8铝锂合金是具有低密度、高比强度,及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087(Al-Mg-Zr)焊丝焊接2mm厚2060-T8铝锂合金,研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响,分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加,随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3kW、焊接速度和送丝速度为3m/min的工艺参数下接头成形良好,无焊接裂纹,焊接接头的平均抗拉强度为309MPa,断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比,焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化,这与熔池流动机制与边界层厚度有关。     

铝合金连续-脉冲激光焊接工艺对比实验研究

为了研究5052铝合金激光焊接工艺,采用脉冲激光和连续激光分别对1.5mm厚的5052铝合金板进行了焊接,并对工艺参量进行了优化。通过对两种不同类型激光焊接试样的焊缝形貌的对比、微观组织的分析、抗拉强度和显微硬度测试,可知脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想,使得脉冲激光焊接所获得的焊接质量更加优异,与连续激光焊接相比,其接头的抗拉强度增加了10%。结果表明,脉冲激光焊接和连续激光焊接均可以使焊接试样得到较为理想的焊缝形貌和较高的抗拉强度。     

Nd∶YAG激光焊接殷钢材料的工艺研究

利用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36进行了对焊实验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。对2 mm厚度的殷钢对焊接头的硬度变化进行了检测,同时对比分析了焊缝和基体的金相组织。结果表明,激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区大小的主要因素,激光焊接速度的选择范围相对较小,离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性,焊缝的组织成分没有发生明显变化,显微硬度略低于基体,焊缝处的金相组织为奥氏体柱状晶,并且呈现奥氏体晶粒粗化现象。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头.试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切栽荷与单独激光焊接相比得到显著提高.激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围.     

CO2激光-MIG复合对接焊熔透工艺

在有坡口间隙对接焊时，焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标。因此研究了CO2激光惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接3 mm厚不锈钢板时激光功率、电弧电流、激光-电弧距离、焊接速度、坡口间隙等工艺参数对根部熔宽的影响，并通过CCD摄像机对焊接过程中的等离子体进行了观察。研究表明，随着焊接参数的变化，CO2激光-MIG复合焊存在四种熔透状态，对某一间隙范围，选择合适的激光功率、电弧电流、激光电弧距离与焊接速度可以获得“适度熔透”的良好根部成形。激光功率、电弧电流过小，速度过大则会产生“未熔透”或“不稳定熔透”，反之则“过熔透”。间隙较大时，激光功率对熔透的影响较小。另外还研究了不同激光电弧距离对等离子体形态及其对熔透的影响。     

CO2激光-MIG复合焊接射滴过渡的熔滴特性

本文以 5 .0mm厚LF6防锈铝合金板为试验材料 ,进行了CO2 激光 -MIG电弧射滴过渡的旁轴复合焊接试验。试验结果表明 ,在激光锁孔效应下 ,CO2 激光 -MIG复合焊接铝合金不仅具有在较宽的参数范围内焊缝成形美观 ,熔深熔宽增加 ,无气孔等优点 ;而且还发现 ,与单MIG焊接的熔滴过渡特性相比 ,复合焊接过程中一方面由于激光能量和激光锁孔效应产生的大量金属等离子体对熔滴的热辐射作用 ,促进了熔滴过渡 ;另一方面由于激光等离子体对熔滴的吸引力和金属蒸气对熔滴的反冲力又阻碍了熔滴过渡 ,两者综合作用改变了熔滴过渡方式和过渡频率。在此基础上 ,通过对复合焊接过程中焊接电流和电弧电压波形以及熔滴过渡特征的分析 ,进一步研究了激光功率、激光与电弧的作用位置以及激光束离焦量对复合焊接过程中熔滴过渡频率的影响规律。     

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%.     

316L不锈钢激光——钨极惰性气体复合焊接工艺研究

为了进一步提高316L不锈钢的可焊性,采用Rofin Sinar 5kW快轴流CO2激光器和Miller钨极惰性气体(TIG)焊机,对3mm厚316L不锈钢进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距等工艺参数对焊缝成形的影响规律。在激光功率大于2.5kW时,会产生小孔效应,其对复合焊接熔深影响显著;而当电弧电流小于150A时,焊接熔宽与两热源的热输入关系密切,当电流大于150A时,仅电弧电流是焊接熔宽的决定性因素;热源间距存在一个最佳值2mm~3mm,此时,焊接熔深可提高1.46倍~2.54倍。研究结果表明,复合焊接提高了316L不锈钢的可焊性。     

CO2激光-MIG同轴复合焊方法及铝合金焊接的研究

激光电弧复合焊接因其焊接效率高、间隙适应性好、焊缝成分和性能可控等优点正在成为工业生产中最重要的激光焊方法。与目前常用的旁轴激光电弧复合焊相比,激光电弧同轴复合可以在工件表面提供对称热源,焊接质量不受焊接方向影响而适于三维焊接。本论文介绍了作者研制的CO2激光与脉冲MIG同轴复合焊系统,以及用该系统进行的铝合金复合焊接实验。对焊接过程中的基本物理现象进行了观察和分析,测定了焊缝的熔深、熔宽和焊缝断面。结果显示,同轴复合焊可以提高电弧稳定性、提高熔化效率和改善焊缝成形。     

激光焊接800MPa级RPC钢接头组织特征

RPC钢是一种具有超细的贝氏体组织和较好力学性能的新一代钢铁材料。激光焊接有很快的加热和冷却速度 ,热作用范围窄 ,在合适的工艺条件下可避免RPC钢HAZ的软化 ,激光焊接是高质量焊接RPC钢的方法之一。本文利用 4kWYAG激光对RPC钢焊接接头组织进行了实验研究 ,分析了在激光焊接工艺条件下焊接接头组织及其变化规律。实验结果表明 ,RPC钢激光焊接接头的主要组织是由板条状的贝氏体铁素体板条和板条间呈方向性分布的岛状的M -A组元组成的粒状贝氏体 ;随着热输入的增大 ,M -A组元的平均宽度、总量增大 ,M -A组元单位长度的数量减少 ,长条形M -A组元比例下降 ,而方块形M -A组元比例上升 ;焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小 ,均高于母材 ,未出现明显的软化区。     

新一代超低碳贝氏体钢激光焊接热影响区的组织和性能

采用激光焊接和熔化极活性气体保护焊接(MAG焊接)两种方法对800 MPa级新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢进行了焊接,研究了焊接热影响区(HAZ)组织、性能的变化规律。实验结果表明,热影响区组织均为贝氏体板条和马氏体-奥氏体(M-A)组元组成的粒状贝氏体;在实验所采用的不同热输入情况下,随着热输入的增大,马氏体-奥氏体组元的平均宽度、总量、形状因子增大,但其线密度减少;在合适的激光焊接条件下,热影响区韧性高于母材;激光焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小,均高于母材,未出现明显的软化区。