双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟

采用光纤激光器作为焊接热源,对1.4 mm厚DP600双相钢和1.8 mm厚AZ31镁合金平板试件进行钢上、镁下搭接、钢/镁层间添加Sn箔的激光热传导焊试验,通过试验调整优化焊接工艺参数,获得最佳焊缝成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)的扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)等观察添加Sn箔钢/镁接头的显微组织、界面元素分布和相结构组成;利用ANSYS有限元软件,考虑材料物性参数的温度相关性、初始条件、边界条件等因素影响,建立钢/镁异种金属激光焊接非线性三维传导有限元模型,模拟计算钢/镁焊接接头的温度场分布。结果表明:添加Sn箔可实现钢/镁之间的有效连接,焊接模式为激光热传导焊,模拟计算获得熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证采用高斯体热源模型用于模拟双相钢/镁合金焊接接头温度场的合理性;由于添加Sn箔减缓从上层钢板向下层镁合金的热量传递,起到一定程度的隔热效果,利于熔沸点差异大的钢、镁同时熔化,此外上层钢侧冷却速度降低,延长钢板与Sn箔中Fe、Sn元素的相互扩散时间,导致钢/镁界面中钢侧过渡区域生成FeSn、Fe_(1.3)Sn、Fe_3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成Mg_2Sn相。因此,添加Sn箔有助实现双相钢/镁合金异种金属的有效连接。     

基于镍合金中间层的镁/钢异质金属激光-电弧复合胶焊技术

采用激光-TIG电弧复合胶焊技术实现了AZ61镁合金与Q235钢之间的良好连接.重点讨论了激光-TIG复合胶焊的焊缝表面形貌、焊缝区组织及元素分布特征.结果表明,在胶粘剂厚度一定时,焊接热输入是影响焊缝成形的关键因素.胶粘剂在复合热源作用下分解气化并逸出熔池,在一定程度上增强熔池内部液态金属的流动性,促进熔池内部异质金属之间冶金反应和相互混合.通过镍合金层与胶粘剂的综合作用使镁/钢异质材料之间以冶金反应形式连接,提高了镁/钢异质金属连接结构的线载荷,增强了镁/钢异质金属的整体性能.     

Ti对SiCp/6092铝基复合材料激光焊焊缝组织和性能的影响

采用不同厚度的Ti箔作为填充材料对SiC_p/6092铝基复合材料进行激光焊接,分析不同含量Ti元素对焊缝组织和焊接接头力学性能的影响. 结果表明,Ti箔的加入可以有效改善熔池流动性,从而减少焊缝区的工艺型气孔. 同时,填加Ti箔可以避免激光直接照射在母材上引起的低熔点元素烧损. 在激光的照射下,Ti箔完全熔化并与在热传导作用下部分熔化的母材金属发生冶金反应,Ti元素含量过少时,界面反应得不到有效抑制,焊缝中仍分布有大量的脆性相,Ti元素对焊接接头的力学性能改善不明显;Ti元素含量过多时,Ti元素在熔池中未能扩散开,富余的Ti元素与Al元素反应生成Al₃Ti. 过分长大的Al₃Ti呈片状,将对接头的力学性能不利. 因此,向熔池中加入适量Ti元素有利于改善熔池冶金反应,从而提升接头力学性能,焊接接头的最大抗拉强度可达206 MPa.     

胶层辅助激光焊双相钢/铝合金接头显微组织与力学性能

对1.4 mm厚DP590双相钢和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行有无胶层加入的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、背散射电子衍射技术(EBSD)、能谱仪(EDS)、显微硬度分析仪和微机控制电子万能试验机等研究有无胶层辅助激光焊接头焊缝区域的金相组织、断口形貌、相分布及含量、晶粒大小、界面元素分布、显微硬度与接头力学性能。结果表明:在激光功率为1800 W、焊接速度为40 mm/s、离焦量为+2 mm、采用Ar为保护气体且流量为15 L/min的条件下,添加胶层时,焊接试样焊缝表面成形性良好,焊缝区无软化组织生成,焊接接头的平均剪切强度为41.33 MPa;与没有添加胶层的相比,试样的剪切强度提高1.44倍。添加胶层可增加焊缝熔深和熔宽,有利于钢/铝的焊合,钢/铝界面生成具有延性富Fe的Fe-Al化合物,均匀分布的晶粒有助于试件承受的外力均匀分布在焊接接头的搭接区域,因而添加胶层对焊接接头的力学性能有改善作用。     

Ni/Si中间层对铝/钢激光焊接头组织与性能的影响

研究了以Ni箔以及预置Si粉的Ni箔为中间层的铝/钢异种金属激光焊行为. 系统考察了不同激光功率下预置Si粉的Ni箔中间层对铝/钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响. 结果表明，加入预置Si粉的Ni箔做复合中间层时，与只添加Ni箔片做中间层时相比，焊接接头的最大剪切力明显提高，其中激光功率为2 150 W时焊接接头的最大剪切力提高至1 307.96 N；Si粉的添加增加了熔池的流动性，并使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生了改变；焊缝区生成了Fe-Si及Al-Si二元新相，有效抑制了Fe-Al二元脆性相的生成，改善了铝/钢的焊接性. 因此，预置Si粉的Ni箔复合中间层的加入，可以有效地改善铝/钢异种金属激光焊过程中的冶金反应，进而提高焊接接头的力学性能.     

基于ABAQUS的镁/钢异种金属激光焊接的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对镁/钢异种金属激光焊进行数值模拟,研究焊接过程中温度场及应力场的分布规律,对比分析模拟结果与试验结果并进行验证,从热传递角度分析添加镍箔中间层对镁钢搭接激光焊的影响,对其进行温度场和应力场模拟.结果表明:模拟结果与镁钢激光焊的试验结果较为吻合,镍中间层减缓了钢侧向镁侧的热传递,使镁侧温度梯度减小;应力场模拟结果表明钢侧与焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,垂直于焊缝方向,钢侧与镁侧焊缝及热影响区域的残余应力以拉应力为主;在远离焊缝区域逐渐从拉应力转变为压应力,镁侧的应力转变趋势比钢侧较为缓和;在添加镍箔后,镁侧焊缝整体残余应力集中情况明显改善,应力过渡趋势减缓.     

钢/铝异种金属激光胶接焊

采用光纤激光器对1.4 mm厚的DC56D+ ZF镀锌钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行了加入胶层的激光搭接焊试验,分析了焊接接头的微观组织、断口形貌和力学性能,研究了不同工艺参数对钢/铝胶接正面与横截面焊缝形貌的影响.结果表明,在激光功率为1650 W,焊接速度35 mm/s,离焦量+3.0 mm,氩气为保护气体且流量为20 L/min的最佳工艺条件下,加入胶层,焊接试样正面焊缝均匀连续,无气孔、裂纹缺陷,钢/铝连接良好;焊接接头抗剪强度与平均剪切力分别为41.45 MPa和1.04kN,力学性能并没有因为胶层的加入而减弱,焊缝区断裂形貌为韧性断裂与准解理断裂的混合形貌.     

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.     

镍箔中间层对不锈钢/铝合金激光深熔焊的影响

以不锈钢201和铝合金5052作为试验材料,添加镍箔作为中间层,配合钢上铝下的搭接接头形式,采用激光深熔焊方法进行了焊接试验,分析了热输入对焊缝成形的影响以及添加镍箔后接头力学性能与不锈钢／铝合金焊接性的变化,并提出了焊缝下凹深宽比r以表征焊缝对应力集中的敏感程度．结果表明,热输入升高会导致焊接过程中飞溅增加,焊缝宽度与下凹程度增大,熔穿深度升高;不锈钢焊缝金属嵌入到铝合金内的熔穿深度对焊缝的力学性能有着重要的影响;镍中间层的添加有效地改善了接头力学性能,扩大了可用的工艺参数范围．     

添加Cu箔后搅拌摩擦焊镁/铝异种合金的组织与性能

采用搅拌摩擦焊对厚度为2mm的AZ31镁合金和5052铝合金异种合金进行了添加Cu箔的试验,利用金相显微镜、XRD、显微硬度计和微机控制万能试验机等研究了焊接接头的显微组织和性能。结果表明,接头处添加Cu箔后,在旋转速度为1 200r/min、进给速度为100mm/min时,得到良好的焊接接头,接头表面没有观察到宏观裂纹,抗拉强度达到86.2 MPa,焊接接头断裂于偏镁一侧;焊缝中心硬度较高,整个焊缝区硬度呈Λ型分布。焊缝处的XRD分析结果显示,焊缝处存在的金属间化合物有Al3Mg2、Al12Mg17、AlCu、Al2Cu、MgCu2。     

Effect of Al-foil addition on microstructure and temperature field of laser fusion welded joints of DP590 dual-phase steel and AZ31B magnesium alloy

The experiments of laser fusion welding with Al-foil addition was carried out for DP590 dual-phase steel and AZ31B magnesium alloy in an overlap steel-on-magnesium configuration. Temperature field was simulated by COMSOL finite element software for steel/magnesium laser fusion welding. The results show that when Al-foil is added, some defects, such as pores, cracks and softening in heat affected zone (HAZ), can be avoided in welding joint, the bonding strength of steel/magnesium joints is increased, heat transfer between steel and magnesium is regulated. In the case of adding Al-foil, welding pool is divided into two parts, the upper and lower pools contact each other but do not mix, the transition layer at the interface between the upper and lower molten pools mainly contains Al–Fe phases, such as AlFe, Al₂Fe and AlFe₃, and these new phases are helpful for promoting the metallurgical connection between the upper and lower molten pools. Hence, adding Al-foil laser fusion welding is an effective way in joining steel to magnesium alloy.     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

磁场下镁合金A-TIG接头成形性及显微组织分析

在对5 mm厚的AZ31B镁合金板材进行A-TIG焊焊接过程中引入外加纵向磁场,试验所用的活性剂是以氧化物为基的活性剂,试验中改变磁场参数,对焊接接头的成形性、组织及性能进行试验和检测,研究磁场参数对镁合金A-TIG焊过程的影响规律.结果表明,活性剂及磁场共同作用可以改善焊接接头的成形性和组织形态,在磁场频率为10 Hz,磁场电流为2 A时,焊接接头的成形系数和性能得到了最佳值,此时成形系数为2.304,硬度为980.98 MPa;外加磁场通过电磁搅拌作用与活性剂相结合,改变了熔池的流行形态,使金属液由四周向中心流动并伴有搅拌,进而使焊缝熔深增大的同时细化组织,改善接头力学性能.     

双面激光打底焊根部熔合模拟及组织演变分析

提出了一种双面摆动激光错位同步焊接新工艺,用于厚板大钝边的自熔打底焊接,开展了不同激光间距下打底焊接试验,建立了双面激光打底焊接有限元模型,获取熔池形貌,并与试验焊缝形貌进行对比验证,在此基础上分析了接头粗晶区的焊接热过程及组织演变.结果表明,双面摆动激光错位同步焊接可以实现大钝边打底焊缝的良好熔透成形;与单面激光打底焊接相比,双面激光焊接粗晶区800 ~ 500 ℃的冷却时间(t_8/5)和800 ~ 300 ℃的冷却时间(t_8/3)延长;当激光间距不低于50 mm时,粗晶区发生重新奥氏体化. 单面摆动激光焊接粗晶区的显微组织为板条马氏体,双面摆动激光焊接粗晶区的显微组织为板条马氏体和板条贝氏体,而且随着激光间距的缩短,板条贝氏体含量逐渐增加;双面摆动激光错位同步焊接利于改善接头性能,降低冷裂倾向.     

激光摆动焊接工艺参数对不锈钢焊缝成形与气孔率的影响

采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接,获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响,从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理. 结果表明,对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接,适当提高焊接速度和摆动幅值,更利于减小气孔率;激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形;“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形,焊缝气孔率最低,达到2.94%;而线性摆动激光获得焊缝成形最差,气孔率最高,达到19.13%.     

Supervised descent method for weld pool boundary extraction during fiber laser welding process

In order to obtain a high-quality weld during the laser welding process, extracting the characteristic parameters of weld pool is an important issue for automated welding. In this paper, the type 304 austenitic stainless steel is welded by a 5kW high-power fiber laser and a high-speed camera is employed to capture the topside images of weld pools. Then we propose a robust visual-detection approach for the molten pool based on the supervised descent method. It provides an elegant framework for representing the outline of a weld pool and is especially efficient for weld pool detection in the presence of strong uncertainties and disturbances. Finally, welding experimental results verified that the proposed approach can extract the weld pool boundary accurately, which will lay a solid foundation for controlling the weld quality of fiber laser welding process.     

薄片状TiNi合金/不锈钢激光微焊接接头组织特征

采用微型脉冲激光对0.2 mm厚的薄片状TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料进行对接焊,研究了接头的微观组织特征。结果表明,以纯Ni丝为填充材料、以微型脉冲激光为热源可以实现TiNi合金/不锈钢异种材料的良好焊接。焊缝中心区为细小的等轴晶组织,主要元素为Ti、Ni、Fe。Ti元素的含量和不锈钢母材基本接近, Ni元素的含量略高于TiNi合金母材,远高于不锈钢母材,但TiNi合金母材一侧基本没有Fe元素。TiNi合金母材与焊缝之间存在明显的界面区,宽度为10～20 μm,界面区有从不锈钢母材扩散而来的Fe、Cr元素。不锈钢母材与焊缝之间界面区的宽度较小,表现为界面线