TC4钛合金光纤激光焊接工艺研究

采用6 kW光纤激光器焊接5 mm厚TC4钛合金,试验研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响,分析了焊接接头微观组织和硬度,测试了室温下焊缝的力学性能.研究结果表明:光纤激光焊接5 mm厚钛合金,能够得到成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头.接头各区域的显微硬度均高于母材,焊缝抗拉强度与母材相当.     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。     

20 mm厚316LN不锈钢板的超高功率光纤激光自熔焊

采用20kW超高功率光纤激光器单道焊接了20mm厚316LN奥氏体不锈钢,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,采用负离焦可以得到成形良好的焊缝;焊缝组织为单一的奥氏体组织,焊缝上部和底部中心区存在等轴晶粒,焊缝中部中心区为粗大的柱状晶。在优化的工艺参数下,焊接得到的接头抗拉强度为645 MPa,与母材相当。焊接接头断裂于熔合线边界处,为典型的韧性断裂。焊接接头热影响区的显微硬度略高于焊缝和母材。     

Q235/304异种钢激光焊接接头组织及力学性能研究

采用激光自熔焊接对Q235普通碳素钢和304奥氏体不锈钢进行异种钢焊接试验，研究不同焊接工艺参数对异种钢焊接接头的组织和力学性能的影响。试验结果表明，激光束能量密度高度集中，可以得到热影响区狭窄的高质量焊缝。根据直读光谱获取的元素含量，通过舍夫勒相图推测焊缝区域组织为马氏体组织，利用金相显微镜以及扫描电镜分析仪器验证焊缝主要由板条马氏体组织组成。显微硬度试验研究表明，焊缝区域硬度高于两侧母材。在热输入充足、焊接接头完全熔透的条件下，拉伸断裂发生在母材Q235钢一侧，说明焊接接头强度高于碳钢母材；焊接热输入不足时，会使得焊缝存在未熔合缺陷，甚至产生气孔，焊接接头拉伸断裂位置发生在焊缝中心。     

超高强钢DP780盘片激光焊接接头组织与性能研究

采用4000W盘片式Yb:YAG固体激光器,利用激光深熔焊原理对1.2mm厚的超高强钢DP780进行激光对接焊研究.利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析测试手段,研究了DP780激光焊接头的微观组织特点及激光焊参数对接头组织与力学性能的影响规律.结果表明,焊缝组织主要由板条马氏体及贝氏体构成,其大大提高了焊接接头熔合区的显微硬度.在焊接接头存在有软化区,其不会因速度增加而消失,但较高的焊接速度能减小软化区的宽度.焊接接头的抗拉强度要高于母材,熔合区显微硬度的升高是造成接头杯突值下降的主要原因.     

激光焊接三明治结构T型接头的研究

本试验采用IPG YLS-5000型激光焊接系统,焊接舰船用高强钢907A三明治板。采用万能试验机、显微硬度仪、超景深三维数码显微镜以及扫描电镜,测定了T型焊接接头的拉脱力学性能、显微硬度、显微组织和断口形貌。结果表明,焊缝和热影响区的显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度在330~360HV0.2之间;焊缝组织为板条马氏体,热影响区组织主要为马氏体、残余奥氏体及少量析出碳化物;T型接头断口属于兼有韧性断裂和解理断裂的综合断裂;焊接速度和离焦量一定时,焊缝宽度和深度随激光功率的提高而增大;T型搭接接头的力学性能主要取决于搭接处的焊缝宽度,在当前工艺条件下进行3道次的激光焊,能保证腹板和面板的接合强度比母材的强度大。     

高效激光-MAG复合焊接船用高强钢的性能

采用光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输出功率为10 kW的条件下单道一次穿透焊接18 mm厚EH36船用高强钢板,实现了良好的单面焊双面成形工艺技术,且无焊接缺陷存在。本次试验的最佳工艺参数为激光输出功率10 kW、离焦量0 mm、光丝间距3 mm、焊接电流400 A、焊接电压31.1 V、送丝速度14.2 m/min、焊丝伸出长度20 mm、保护气流量20 L/min、焊接速度1.5 m/min。采用分析检测设备对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊缝上部(电弧作用区)的组织特点是先共析铁素体在柱状晶界以侧板条状生长,在柱状晶内还存在少量粒状铁素体;在柱状晶内,亚结构组织主要由板条状马氏体和针状贝氏体组成,并存在少量上贝氏体;V形带状组织主要由板条马氏体与少量贝氏体构成。焊缝下部(激光作用区)组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接热影响区组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接接头最高硬度均出现在热影响区,激光作用区的焊缝硬度最高,然后依次为焊缝中V形带状组织区、电弧作用区焊缝。焊接接头在室温下的平均抗拉强度为521 MPa,拉伸试样均断裂于母材;焊接接头正弯试验满足标准要求;在-20℃下,焊缝金属、热影响区及母材的平均冲击功分别为57,53,52 J,力学性能指标均满足船级社要求。     

2198-T851铝锂合金激光焊接工艺研究

铝锂合金被认为是在航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。采用高功率光纤激光器焊接1.76mm厚的2198-T851铝锂合金,研究填充ER4047焊丝时激光功率、焊接速率和送丝速率对焊接热裂纹和焊缝组织的影响,以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,当激光功率为4kW,焊接速率为4m/min,送丝速率为4m/min时,填充ER4047焊丝焊接可获得成形良好且无宏观裂纹缺陷的焊接接头。接头的平均抗拉强度为342MPa,拉伸断裂后接头断裂强度达到母材的65.4%,熔合区为薄弱部位。     

QP980高强钢小光斑激光焊接接头组织与性能研究

采用光斑直径为0.1 mm的激光束对2 mm厚QP980先进高强钢进行激光焊接。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机和显微硬度计等工具，研究焊接速度对接头成形、组织演变及力学性能的影响，研究发现，随着焊接速度的减小，横截面形貌从“钉”形逐渐过渡为“沙漏”形，最后变为“直筒”形。焊缝熔化区马氏体形态粗大，热影响区主要由较为细小的马氏体构成，硬度均高于母材；回火区由于母材马氏体发生分解，使得该区域硬度比母材低，但随着速度的增加，马氏体分解程度逐渐降低。由于焊缝的硬化，焊接接头断后延展率降低，不同焊接速度下的拉伸断口形貌表明均为韧性断裂。     

50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

设计了窄间隙的坡口并采用CO2激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm的30Cr2Ni4Mo V转子钢,焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征,通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能,结果表明:选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm厚30Cr2Ni4Mo V钢对接焊接头成形良好,无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性良好,表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材,接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区,焊缝区的硬度较HAZ低很多。     

铝合金1100 H14的激光焊接工艺研究

受加工工艺、热变形以及铝合金对激光的强烈反射等因素影响,铝合金的激光焊接存在较大的困难。以1.0mm厚1100H14铝合金薄板为对象,采用Nd:YAG脉冲激光器进行焊接,重点研究了激光焊接过程中脉冲波形、激光功率、脉冲频率、焊接速度等对焊接成形质量的影响。焊后进行拉伸强度测试、金相观察、显微硬度测定、断口分析。实验结果表明:预热保温的焊接波形焊接试样优于梯形波焊接试样:优化的焊接参数为峰值功率8kW,单脉冲能量20J,频率10Hz,焊接速度2.1mm/s;抗拉强度为95.7N/mm~2,达到母材抗拉强度的86%;焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝区有软化现象,硬度为HV4.9 33.2,达到母材的77%。     

不锈钢厚板万瓦级CO2激光焊接

采用20 kW CO2激光器对不锈钢厚板进行了焊接实验研究。发现激光束焦点位置在高功率输出时存在漂移,为简便地描述焊接位置,以聚焦镜中心与材料表面的距离h作为焊接位置的表征,研究了不同h时的焊缝成形及熔深变化情况。此外,万瓦级激光焊接对聚焦系统更加敏感,在聚焦镜焦距f=300 mm时不同焊接位置处的焊缝成形差别小,且熔深浅,深宽比小;在f=200 mm时不同焊接位置处焊缝成形变化明显。采用f=200 mm聚焦系统,在h＝208 mm、激光功率P＝18 kW、焊速v＝2 m/min时对12 mm厚1Cr18Ni9Ti实现了对接单道焊透,焊缝成形良好。结果表明:通过优化工艺参数,在不开坡口和未填充材料的情况下,采用20 kW CO2激光器可以实现12 mm不锈钢厚板的对接焊,焊缝成形良好、深宽比大、热影响区小,得到了较为理想的焊接接头。     

高强钢中磷对激光焊接头质量的影响

为了研究汽车用高强钢中合金元素磷对激光焊接头质量的影响,采用12kW的CO2激光器对4.8mm厚的含磷高强度无间隙原子钢M250P1进行了高功率焊接。对不同焊接工艺参量下的焊接接头进行了成型试验、拉伸力学性能、显微组织和扫描电子显微镜能谱分析。结果表明,在特定焊接工艺参量下,M250P1焊接接头虽具有良好的拉伸力学性能和成型性能,但在形变过程中焊接接头仍容易在熔核区发生开裂,其主要原因是熔核区内金属在快速冷却时,磷元素来不及扩散,在晶界聚集,形成磷偏析,导致焊接接头韧性下降。     

钢/铝异种金属预置Si粉的光纤激光焊接

Fe/Al难熔合、易生成Fe-Al脆性金属间化合物是钢/铝异种金属优质高效焊接亟待解决的技术难题。对厚度分别为5mm、6mm的低碳钢和铝合金板进行了对接处开设坡口、并在界面结合处预置Si粉的光纤激光焊接实验研究,通过调整焊接工艺参数和预置粉末得到成形良好的焊缝。利用卧式金相显微镜、电子显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪等设备对焊缝及母材区进行了观察与检测。结果发现:在激光功率为1.8～2.0kW,焊接速度8～10mm/s,离焦量-2.0mm,Ar为保护气体且流量为15L/min,光斑偏向钢侧距界面结合处0.2mm的工艺条件下,激光焊接钢/铝异种板材,可实现钢/铝熔合,焊接类型为热传导焊,焊缝区域晶粒细小,硬度高于两侧热影响区及母材,钢/铝结合界面分界线明显,界面处熔化金属互相扩散嵌入母材,呈齿轮式"啮合"态连接在一起。对钢/铝实施热传导焊,可有效控制熔池中Fe、Al熔化量;预置Si粉改善了焊池熔化态下的流动性,熔化金属易于在结合界面铺展,钢/铝焊缝区形成了结构稳定的Al9Si、Fe0.9Si0.1化合物,抑制了Fe-Al脆性金属间化合物的生成。     

镁/铝异种金属激光焊气孔形成原因研究

为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。     

厚钢板激光焊接的研究

通过能量平衡原理研究了厚钢板激光深熔焊接的热源模型,得出了激光功率与光斑大小、焊接速度等的关系,并讨论了激光光束质量.实验采用非稳腔输出的6～8kW高功率高质量的激光焊接4,6,8mm厚的A3钢板,其焊接速度分别为3.2, 2.2, 0.9 m/min,焊接深宽比均超过2:1,其中6 mm钢板深宽比达到4:1.着重研究了激光焊接工艺,并对焊接试样进行了拉伸强度测试和过轧机实验.     

A7N01铝合金激光-MIG复合焊接焊缝成形与组织性能研究

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。     

汽车板激光扫描焊接工艺研究

为了研究激光扫描焊接汽车板的工艺方法,采用4kW光纤激光器对0.7mm镀锌板与0.8mm冷轧板SPCC两类汽车板的激光扫描焊接工艺进行了理论分析和实验验证,得到了板间间隙、激光功率、扫描速率等对焊缝成形及强度的影响规律。结果表明,当选取板间间隙0.1mm~0.2mm、激光功率3000W~3400W、焊接速率不小于3m/min等适当参量进行焊接时,焊缝质量可满足电子束及激光焊接接头欠缺质量分级指南C级标准,且强度高于母材。选取合适的工艺参量时,激光扫描焊接在无保护气的作用下可得到高质量的焊缝。     

铝合金激光-钨极氩弧双面焊的焊接特性

以4 mm和10 mm厚5A06铝合金为实验材料,对激光-钨极氩弧(TIG)双面焊(LTDSW)的焊接特性进行了研究.该工艺充分利用了激光和钨极氩弧两种热源相互作用的优势,不仅可以获得稳定可靠的焊接过程与美观的焊缝成形,还具有显著增加接头熔深、减少焊接缺陷、提高焊接生产率和降低焊接成本等优势,实现了在小功率(1.0 kW)激光条件下4 mm厚铝合金板的可靠连接.与激光焊相比,激光-钨极氩弧双面焊的气孔数量有所下降,气孔分布位置主要受激光和电弧能量匹配关系的影响,气孔数量和大小主要取决于焊接热输入的大小.激光-钨极氩弧双面焊的接头抗拉强度为310 MPa,约为母材强度的88%.