铝合金CO2激光电弧复合焊保护气体影响研究

为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar):V(He)=5:25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。     

铝合金不等厚板的CO2激光拼焊及数值模拟

采用CO2激光器,在填加和不填加合金粉末两种条件下,进行了不等厚铝合金(5A02,5A06)薄板的激光拼焊,研究了影响焊接过程稳定性和焊缝成形性能的主要因素,并用有限元方法(FEA)对焊接过程的温度场和应力场进行数值模拟,分析了拼焊板的残余应力分布和变形特点.试验结果表明,镁含量较高的铝合金对激光束的吸收率高,因此达到稳定深熔焊的临界功率密度较低,容易获得稳定的深熔焊过程;填粉能提高铝合金对激光的吸收率,使激光焊接中等离子体更加稳定,使焊接过程更趋稳定,更易得到成形优良的焊缝.模拟结果表明,不等厚铝合金板激光拼焊的温度场不对称,不等厚板的残余应力场和应变场也分布不对称,薄板上残余拉应力范围比厚板大.薄板整体变形大于厚板且比厚板复杂.     

汽车板激光拼焊系统的研制

针对汽车板激光拼焊工艺特点,研制了激光自动焊接系统, 此系统由激光器、焊接机床和控制系统组成, 采用 IPG5000光纤激光器作为光源, 机械人上、下料, 切割原焊接组合技术, 柔性电磁铁定位、夹紧, 西门子 840D数控系统。解决了汽车板装夹、定位, 曲线、折线焊缝拼接、自动控制系统等关键技术。结果表明:此焊接系统光束质量好,性能稳定、可靠;可以焊接板厚0.5-3 mm, 长度小于 2 000 mm的直线、曲线、折线汽车板, 汽车拼焊板的焊接精度高, 焊缝质量好, 达到 ISO18001标准。     

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.     

镀锌钢板搭接光纤激光焊接中搭接间隙的研究

研究镀锌钢板搭接激光焊接技术对汽车工业激光焊接具有重要意义。研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板焊缝成形和接头机械性能的影响,分析了预留间隙法解决镀锌钢板搭接激光焊中高压锌蒸气对焊缝的不良影响的机理,通过实验研究了激光功率和搭接间隙的工艺参数范围。研究结果表明,对于1.35mm板厚的HC260LAD+Z 100MB镀锌钢板搭接激光焊,间隙大于0.1mm时,可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷;间隙约为0.15mm时,焊缝熔深达到最大值;4kW激光功率对间隙的容忍度较大,对于0.05~0.2mm板间间隙都可以得到良好的焊缝。     

激光拼焊板成形极限图有限元仿真及试验

对不同厚度的汽车用冷轧钢板进行了激光焊接试验,并对激光焊接板进行了成形极限图性能有限元仿真分析及试验研究.结果显示通过有限元仿真分析,可以预测差厚激光拼焊板成形极限图性能试验过程,与试验获得的激光拼焊板成形极限图性能较为接近.同时试验结果表明激光拼焊板的成形极限图性能与母材相比,有所降低.     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

不等厚板双光束激光焊接研究

利用双光束激光焊接适应性好,焊接过程稳定等优点来改善单束激光焊接在不等厚板拼焊中的适应性,提高焊接质量.采用双光束激光对板厚为1.4mm和0.8mm的不等厚钢板进行拼焊试验.首先对不等厚板双光束激光焊接的熔化特性进行了研究.研究了光束能量比、光束作用位置和有效光束尺寸对焊缝成形的影响.对不等厚板双光束激光焊接的应力应变场进行分析研究,结果表明,不等厚板拼焊后的残余应力应变场分布不对称,薄板一边整体变形大于厚板一边.     

保护气成分对铝合金大功率激光焊接的影响

研究使用Rofin公司扩散冷却的( Slab) CO2激光器Plasma Twin10C型送粉器以及专用同步送粉系统进行实验,母材是汽车和航空工业常用6000 系列铝合金(Ag-Mg-Si).试验结果表明,在铝合金的对接扫描焊和送粉焊试验中使用10～30 L/min的氦保护气流量均不能提供有效的保护以获得高质量的焊缝,气孔、咬边、焊缝不连续以及焊缝表面不平滑是常见的缺陷.在随后的试验中对铝合金的对接焊进行了不同气体、不同比例的混合保护气体试验.结果表明,使用(10～20 L He加1～5 L N2)/min的混合气体取得了成功的结果,焊缝表面平滑且没有明显的焊接缺陷.而其它混合气体配方(10～30 L He加5～10 L Ar)/ min、(10～30 L He加5～10L N2)/min以及不同比例的上述三种气体组成的混合气体则在焊缝表面存在不同程度的缺陷.在添粉的激光焊接中氮气是作为送粉气来使用的,流量是1～5 L/min,取得了良好的焊缝成型及性能.X射线衍射结果表明,熔敷金属未见氮化物相存在.焊接接头的拉伸试验结果显示,送粉激光焊的焊接接头拉伸强度略高于母材,断裂发生在母材;而扫描激光焊的焊接接头拉伸强度可达母材的86%,而且屈服首先发生在母材位置.(PE2)     

激光技术在轿车底板拼焊中的应用研究

本文简要地叙述了激光技术在轿车底板及其他复盖件剪裁拼焊坏板中的应用、国外发展近况，以及作者用武钢产镀锌板和深冲板进行激光拼焊研究的工作。研究表明，国产深冲板的激光拼焊能够满足轿车底板及其他复盖件的要求；利用焊接过程中等离子体幅射的声、光效应、可以实时监测焊接过程过大的装配间隙和错边造成的缺陷。     

高强度镀锌钢的CO2激光焊接

利用CO2激光对汽车车身用1.5 mm厚高强度双面镀锌钢进行了大量的焊接实验,对焊缝组织进行了显微组织分析和相关的机械性能实验。从理论上推导了在一定焊接工艺条件下,稳定深熔焊接的下临界功率与焊接速度及焦点位置的关系。在同轴和侧吹保护气体的条件下,通过工艺参数优化,激光深熔焊接可以有效地避免高强度镀锌钢热影响区(HAZ)的软化现象以及焊缝气孔的有效控制。锌不稳定的急剧气化,使热影响区扩大和焊接稳定性降低,聚焦镜的保护难度加大,采取了有效措施加以控制。实验结果表明,用氮气作为保护气体,在激光功率1300 W,焊接速度0.8~1.1 m/min,焦点位置在工件表面下0.4 mm处时,得到了满意的焊接质量。焊缝的硬度接近母材硬度的2倍。     

激光深熔焊接车身安全件的热循环研究

在热电偶标定测试的基础上，通过实验获得了焊缝热影响区的实际热循环曲线。将高温等离子体简化为点热源，薄板焊接时的热源简化为线状热源后，采用叠加原理建立激光焊接高强度镀锌钢热循环的数学模型。对模型进行了解析计算，获得了热影响区的理论热循环曲线。对比研究后认为，热循环数学模型能反应激光深熔焊接的实际热循环过程。焊缝显微组织中存在少量的马氏体的事实表明，激光焊接高强度镀锌钢的热循环特点是加热冷却速度快。     

调质状态下30CrMnSiA钢的激光焊接接头性能与组织

研究了调质状态下激光焊接 30CrMnSiA钢时焊缝的金相组织、显微硬度及热影响区性能变化 ,分析了焊接接头的拉伸机械性能及拉伸试样断口形貌。结果表明 ,在焊接参数匹配和工艺技术措施选择合理的情况下 ,采用激光焊接调质状态下的 30CrMnSiA钢 ,焊接接头的性能和组织优良 ,热影响区硬化、脆化和软化等性能上的变化问题并不突出 ,焊后不需热处理即可保证焊接接头的性能。调质状态下 30CrMnSiA钢激光焊接工艺参数选定的主要出发点应是防止裂纹和保证焊缝表面成形质量。     

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。     

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。     

高速钢与弹簧钢的激光焊接研究

利用激光对淬回火态的高速钢(W18Cr4V)和弹簧钢(65Mn)进行焊接,通过金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜和抗弯实验,针对不同焊接工艺条件下的焊接接头进行了微观组织、显微硬度及断口分析,讨论了接头组织成分的变化与接头强度的关系及其断裂行为。给出了无焊接缺陷的较佳焊接工艺结果。目前,该技术已成功用于塑料造型粉碎生产,对同类产品具有指导意义。     

高功率CO_2激光深穿透焊接的研究

本文采用3～5kW(低阶模3～4kW)高功率CO_2激光束对18CrMnTi低合金钢进行了深穿透焊接的研究,焊缝深宽比接近2,焊接穿透深度达到5.5mm以上,对影响激光深穿透焊接效果的各种焊接工艺参数进行了研究。找到克服激光焊缝区缺陷的一些有效措施。     

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。