5083铝合金光纤激光填丝焊接工艺

5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题,采用5087焊丝作为填充材料,对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验,分析了影响焊缝成形的主要因素,并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明:与自熔焊相比,填丝焊工艺参数为功率6kW,焊接速度7.5m/min,送丝速度4.5m/min,光丝间距1.0mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷,获得成形饱满,组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304MPa,约为母材的88%,比自熔焊提高了6.17%左右;延伸率平均为5.43%,比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝,断口呈现典型的韧性断裂特征。     

6061-T6铝合金高速高功率CO_2激光填丝焊接性的研究

为实现6061-T6铝合金薄板的高速高功率CO2激光填丝焊接,选用了ER4043,ER5356两种焊丝进行了焊接性试验。利用鱼骨状试样对两种焊丝的激光焊接铝合金6061-T6的热裂纹敏感性进行了分析;利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计以及万能材料试验机分析了焊接接头的组织与性能。研究结果表明,与填充ER5356焊丝相比,填充ER4043焊丝的焊接接头热裂纹敏感性较低,焊接速度可达6 m/min。焊缝主要是柱状晶、等轴晶及少量树枝晶,显微硬度在60~80 HV,拉伸强度可达240~262 MPa,弯曲性能良好。     

钢/铝异种金属激光填丝熔钎焊对接接头组织与性能分析

采用光纤激光和铝硅焊丝对2.5mm厚6013铝合金和镀锌低碳钢的异种金属对接接头进行了激光填丝熔钎焊。采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了熔钎焊对接接头的微观组织,采用拉伸试验测试了接头强度,并研究了热输入对钢/焊缝界面处金属间化合物和接头强度的影响。试验结果表明,在适当焊接参数下可以获得成形良好和具有一定抗拉强度的钢/铝对接接头。进一步分析表明,钢/焊缝界面处主要生成了FeAl2和FeAl3金属间化合物。随着热输入量的增加,金属间化合物的厚度随之增加。焊缝中的组织则为α-Al基体晶界上均匀分布着条状Al-Si共晶组织。在钢板采用30°坡口时可以获得的最大抗拉强度为88MPa,采用45°坡口时强度可以达到135MPa。     

2195铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接组织与性能分析

2195-T87铝锂合金是轻质高强的新一代航空材料，但相比于传统铝合金，铝锂合金的焊接难度更高。基于铝锂合金蒙皮-桁条结构的焊接需求，采用激光束圆形摆动的方式配合Al-Si焊丝对2195-T87铝锂合金T型接头进行双侧激光摆动焊接，对比摆动激光焊接与无摆动激光焊接所得接头的焊缝成形与组织特征，并探讨了热输入、摆动频率以及摆动幅度对焊缝成形质量的影响，最终获得了优化工艺参数下的接头横向与轴向拉伸强度，分析了通过光束摆动改善焊缝成形质量、提高接头强度的效果。结果表明，采用高焊速、低热输入与中等摆动幅度和摆动频率的双侧激光摆动焊接可改善焊缝表面成形质量，抑制气孔生成，细化焊缝晶粒，缩小等轴细晶区尺寸，进而提高接头的横向与轴向拉伸性能，所得接头的最大轴向拉伸强度为267 MPa,横向拉伸强度为420 MPa,对比无摆动焊接分别提高了123 MPa和95 MPa,达到了母材强度的45%和70%。     

铝合金激光双光点焊接

对铝合金薄板激光单光点和双光点焊接(包括不填丝和填丝)的焊缝成形、对接间隙和准直度容许裕度以及气孔状况进行了比较，分析了双光点能量分布的激光对铝合金焊接的影响。结果表明，与激光单光点焊接相比，激光双光点焊接铝合金可以改善焊缝表面质量、增大焊缝熔宽并放宽对接间隙和准直度容许裕度、显著减少焊缝中大气孔的数量，但对焊缝中小气孔数量的影响不明显。填加焊丝可以改善激光单光点焊接铝合金焊缝的表面质量并放宽对接间隙和准直度容许裕度，但将增大焊缝产生大气孔的倾向。采用激光双光点焊接仍可使焊缝中大气孔的数量明显减少。     

AZ31B镁合金/不锈钢异种合金双光束激光熔钎焊接特性

以镁基焊丝为填充材料,采用双光束激光熔钎焊的方法对AZ31B镁合金/不锈钢的焊接特性进行了研究。分析了不同工艺参数对焊缝成形、接头力学性能和断裂行为的影响。结果表明,采用双光束进行填丝熔钎焊能够获得较满意的外观成形,无明显缺陷,焊接工艺范围较宽。接头拉伸均断裂于熔化焊的镁侧焊缝及热影响区(HAZ),最大剪切强度为193 MPa,达到镁合金母材强度的71%。组织分析发现焊缝和HAZ的晶粒粗大,成为接头的薄弱部位,是接头失效的主要原因。钎焊侧界面发生了冶金反应,界面处生成1~2 μm的反应层。     

5083铝合金光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius Magic Wave 3000 job数字化焊机, 对4 mm厚5083H116铝合金进行了复合填丝焊接试验。研究了光丝间距和送丝速度等工艺参数对光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接的影响, 并分析了焊接结果及接头力学性能。结果表明, 该复合填丝焊接方法能够获得比较稳定的焊接过程, 得到成形良好的焊缝, 消除了复合焊接时表面下凹等缺陷, 焊缝无气孔和裂纹;接头抗拉强度为331 MPa, 达到母材强度的97%, 延伸率为9.6%。     

5A06铝合金激光填丝焊接头组织性能分析

对1.2mm厚5A06铝合金薄板激光填丝焊接接头组织与性能进行了研究.结果表明,激光焊接过程中填丝使接头显微组织相对粗大和硬度略有降低;同时,填丝淡化焊缝中心柱状晶相对生长所产生的结晶交界面,改善咬边、焊塌等成型不良缺陷.显著提高激光焊接头的拉伸性能,使接头抗拉强度提高10%左右,延伸率提高10%～30%;拉伸断口呈韧性断裂.同时推出填丝可以增加材料对激光的吸收率.     

激光深熔钎焊车用铝/钢异种金属试验研究

为了实现车用铝/钢异种金属良好连接,采用光纤激光对车用铝合金与镀锌钢对接接头进行了激光深熔填丝钎焊工艺试验,并对焊缝接头的成形、界面金属间化合物层,以及力学性能进行了分析。结果表明,铝合金一侧是激光深熔焊接接头,而镀锌钢一侧是钎焊接头;在镀锌钢与钎焊缝中间界面存在金属间化合物层,厚度小于10μm;金属间化合物主要为Al7.2Fe2Si和（Al,Si）13Fe4;拉伸试样主要断裂于铝合金热影响区处,平均抗拉强度为145MPa;接头的断裂方式主要是韧窝断裂。     

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。     

2195-T8铝锂合金激光填丝双面焊熔池行为与接头力学性能研究

铝锂合金以其质轻、高强、耐腐蚀等优势成为新一代航空航天应用材料,与其他铝锂合金相比,2195-T8铝锂合金焊接性能最优。基于液体火箭贮箱连接处的焊接需求,采用激光填丝双面焊接可以获得质量较好的接头。针对焊接过程中熔池内流体流动与温度的变化,建立了热-流耦合数学模型,通过数值模拟的方法对2195-T8铝锂合金焊接过程进行了研究,而后开展了接头轴向拉伸强度测试实验,阐明了焊接速度与填丝速度对熔池成形、流动与热输入的影响,并得到了不同焊接工艺参数下的最高接头强度。研究结果表明：4组不同焊接工艺参数下,第一面焊接与第二面焊接的熔池内流体流动趋势基本一致,主要为熔池左侧的顺时针涡流与右侧的逆时针涡流;提高焊接速度或填丝速度可以改善熔池成形质量,降低熔池热输入,细化焊缝熔合区中以柱状晶为代表的晶粒,进而有效提升接头力学性能;通过对4组不同焊接工艺参数的数值模拟与实验结果进行对比分析,最终得到熔池成形质量最好、热输入最小的焊缝,其接头轴向拉伸强度高达426.4 MPa,为母材强度的72.6%,对应的焊接速度与填丝速度分别为50 cm/min、1.8 m/min。     

几种高强铝合金的激光填粉焊接

采用2500W Nd:YAG激光加工系统,利用填充粉末激光焊接技术进行了几种高强铝合金的焊接;送粉头采取的是一种新型同轴三层结构形式。结果表明,采用He:Ar=4:1左右的混合气作为焊接时的保护气比单纯使用He气和Ar气保护效果好,而试板背面保护气采用He气或Ar气均可。高速摄像显示,采用填充粉末的激光焊接过程比没有填充粉末的稳定,熔池金属表面的波动性小;在优选的焊接工艺规范下,含有AlSi12合金粉末的焊缝没有发现热裂纹。焊接接头的拉伸强度实验显示,采用填充粉末、激光焊接优化工艺参数获得的2219、2024、LF3、6061等铝合金试件断裂都发生在母材一侧;即使焊接性差的7075铝合金,其焊缝正反表面平滑连续、成型良好,无明显外观缺陷。焊缝强度较未填粉时有大幅度提高,达到了母材的78%。     

5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。     

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。     

铝/钢异种金属无钎剂激光填粉熔钎焊接

采用宽带激光光斑和填粉焊接技术,在不使用钎剂的情况下进行6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊接实验。分析测试了接头成形、焊缝组织和接头强度,并探讨了影响接头强度的因素。结果表明,采用此方法可实现6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊连接。选用优化的焊接工艺参数获得了成形饱满,无裂纹、气孔等缺陷的焊缝。焊缝熔宽和金属间化合物层厚度随焊接热输入量的增加而增大。熔钎焊缝中金属间化合物由Al-Fe和Al-Fe-Si系统化合物组成。拉伸试样均断裂在钎料/镀锌钢界面,接头最大机械抗力为152.5 N/mm,断口呈脆性断裂特征,钎料/镀锌钢界面为接头的薄弱环节。拉伸试样铝一侧断裂面由Al5Fe2Zn0.4和α-Al组成。焊缝熔宽、金属间化合物层厚度共同决定了接头的机械抗力水平。     

不等厚铝/钢激光焊接接头组织与性能研究

为了改善铝/钢连接性能,采用激光技术通过调整工艺参数获得了拉伸强度达到铝母材40%的不等厚铝/钢对焊接头,并对接头焊缝组织、界面化合物、力学性能展开了分析。结果表明,焊接速率为1.8 m/min、激光向钢侧偏置0.3 mm、离焦量为0 mm、激光功率为3.0 kW时,接头抗拉强度达到38 MPa;保持其它焊接参数不变,离焦量为-2 mm时,接头抗拉强度进一步提升至57.7 MPa,焊缝截面形状由酒杯状变为束腰状,熔合线更加整齐,附近裂纹、气孔缺陷明显减少;焊缝界面区域物相衍射与能谱分析表明,沿熔合线垂直方向生长的化合物为脆韧程度不尽相同的FeAl、FeAl₃、Fe₂Al₅和Fe₂CrAl、Fe₃Al;接头整体拉伸断裂模式为脆性断裂,断口表面部分位置连接强度较好,呈凹陷状,检测发现Fe₃Al。此研究结果在提升车身铝/钢连接处性能、车身减重以及节能减排方面具有重要现实意义。     

激光焊接镀锌钢/冷轧钢异种板材工艺试验研究

为了研究镀锌钢/冷轧钢异种板材间激光焊接性能,采用光纤激光器及其配备的机器人对其进行了焊接试验,并对接头进行了显微组织和力学性能分析。在试验的基础上,分析了激光功率、焊接速度、离焦量等主要工艺参量对焊缝性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着激光功率的增大和焊接速度的降低,焊缝宽度和熔深增加;焊缝及热影响区硬度均高于母材,焊接接头的强度与母材冷轧钢板相当;为保证焊接接头强度和性能的有效过渡,克服因其物理性质差异所导致的焊缝与拼接中心间的偏离,激光光斑中心宜向冷轧钢板一侧偏移。     

铝合金的大功率扩散型CO2激光粉末焊接技术

本试验研究采用２６００Ｗ扩散型（Ｓｌａｂ）ＣＯ２激光加工系统,利用喷射填充粉末激光焊接技术成功地进行了铝合金焊接;确定了试验材料激光焊接的能量阈值;通过工艺参数的优选获得了无明显焊接缺陷、正反两表面平滑连续的焊缝;焊接接头的力学性能检测表明,ＡＡ６０１６铝合金（厚度为１．１５ｍｍ）焊接接头抗拉强度不低于母材的可允许间隙可达０．５ｍｍ（母材厚度物４４％）;根据试验结果,推荐对于一定板厚的铝合金,应该     

高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金

为了解决高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金过程中,焊接熔深的控制、合金元素的烧损、焊缝表面质量的改善等方面难以兼顾的问题,采用固定激光功率和正面焊接保护气的方法,通过改变单一焊接参量,研究了焊接速率、离焦量、搭接板间间隙的变化对焊缝表面质量的影响,并对焊缝内部镁元素的分布规律进行了理论分析和实验验证。结果表明,焊缝的硬度与镁元素的分布相一致;由于熔合线附近晶粒细化和母材镁元素扩散的共同作用,使熔合线附近的硬度高于其它部位;优化参量后的非熔透激光焊接头强度大于电弧铆焊接头,间隙为0.2mm的时候,激光焊接头强度最大,为母材抗拉强度的68.1%。这一结果对指导工业中的铝合金非熔透激光焊接是有帮助的。