光丝耦合及工艺参数对激光填丝熔覆层成形特征的影响

基于激光填丝熔覆不同工艺参数对Q235钢熔覆层成形的影响,通过高速摄像系统拍摄了不同工艺参数下丝材的熔入过程,并分析了熔覆层形貌及横截面,得出了丝材与激光斑点相对位置、激光功率、熔覆速度和送丝速度对熔覆层成形的影响。结果表明:(1)丝材与激光斑点相对位置是影响丝材熔入行为和熔覆层成形好坏的关键因素。当采用前置送丝,激光束与丝材部分重叠,送丝角度介于40°～70°时,熔覆过程稳定且成形最好。(2)激光功率增大时,熔池尺寸增大,熔覆层宽度增加,余高减小。熔覆速度变大时,熔池凝固速度变快,从而使液桥变窄,熔覆层宽度和熔深减小、余高增大。送丝速度增大时,熔覆层熔深减小、余高增大。     

电子束填丝工艺对堆焊焊缝成形的影响

利用电子束填丝焊工艺在304不锈钢基体表面堆焊低碳钢焊丝获得堆焊层,并系统地研究了影响堆焊层成形质量的主要工艺参数.重点讨论了束流、焊接速度、送丝速度、填丝角度和填丝方位对堆焊层宏观质量的影响规律.结果表明,焊接热输入和送丝速度的匹配是决定焊缝成形的最主要因素,在相同工艺参数下,焊缝宽度取决于束流,束流越大,焊缝越宽,填丝角度影响着焊缝熔深,随填丝角度的增大,熔深逐渐增大,而采用前置填丝方位更易保证焊接过程的稳定及焊接精度.     

等离子束送丝熔覆对50Mn2钢表面熔覆层质量的影响

利用等离子束送丝熔覆技术在50Mn2合金结构钢表面制备耐磨熔覆层,研究主弧电流和扫描速度等工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织及显微硬度影响。研究表明:主弧电流和扫描速度是影响熔覆层质量主要因素。随主弧电流增大,熔覆层焊道更连续且熔宽增大、余高先减后增,熔覆层中部组织形貌由胞状晶向树枝晶和等轴晶转变,组织以马氏体和铁铬碳共晶化合物为主,显微硬度较基体提高2~3倍;扫描速度越高,熔覆层焊道越不连续且易出现凹陷,熔宽和余高减小,显微组织形貌由胞状晶向树枝晶转变,其相组织仍以马氏体和铁铬碳共晶化合物为主,显微硬度随着扫描速度增大而增大,比基体硬度有很大提高。     

304不锈钢局部干法水下激光填丝熔覆层微观组织及性能

采用自行研发的水下激光填丝熔覆装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行激光填丝熔覆试验,并对空气环境和水下环境的熔覆结果进行对比分析,以探索在水下环境进行304不锈钢的缺陷修复. 通过XRD,EDS,光学显微镜分析了熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成,采用显微硬度仪进行了硬度测试,利用动电位极化与交流阻抗谱技术研究熔覆层电化学腐蚀行为. 结果表明,在两种环境下均制备了单层多道熔覆层,且无明显气孔、裂纹等缺陷;熔覆层包括熔覆区、搭接区、相变影响区、熔合区、热影响区,显微组织主要由奥氏体、铁素体、马氏体组成;由于各区域内微观组织及晶粒的大小不同,使得熔覆层硬度呈阶梯分布;在3.5%NaCl溶液中,两种环境熔覆层均呈现出明显的钝化行为,且两种熔覆层耐腐蚀性能相近;所研制的水下激光填丝熔覆装备及工艺,可以满足实际工程对于熔覆层高效制备、成形质量控制及耐蚀性能的要求,可用于水下环境304不锈钢表面的防护与修复.     

铜/钢MIG复合增材制造组织及性能研究

利用MIG复合增材制造方法在20 mm厚低碳钢上交替熔覆硅青铜与304不锈钢制备复合增材制造熔覆层,对3种不同增材制造路径制备的熔覆层成形质量进行了研究,揭示了不同熔覆层显微组织特点和硬度分布。研究结果表明,铜和钢熔覆层熔合线处均形成了良好的冶金结合,铜熔覆层会产生气孔,钢熔覆层中会形成铜向钢的渗透裂纹,铜层会向钢熔覆层塌陷。在铜熔覆层,钢会渗入铜中形成固溶体,该区域显微组织表现为球形的铁基固溶体弥散分布在铜基固溶体中;在钢熔覆层,底部钢呈细小的柱状晶沿垂直熔合线方向生长,并向顶部慢慢长大,当钢层作为最顶层熔覆层时,会形成等轴晶。铜熔覆层硬度在90～175 HV左右,随着进入铜层的钢含量增多而增大。304不锈钢熔覆层硬度在160～526 HV左右,而在钢熔覆层中临近铜熔覆层区域,由于Si元素的渗入,硬度会显著提高。     

不锈钢SUS 301L激光填丝搭接焊工艺

以接头形式0.6+2mm的不锈钢SUS 301L为对象,研究激光填丝焊激光功率、焊接速度、送丝速度3个主要工艺参数对焊缝成形、接头截面形貌及连接强度的影响规律。结果表明,随着激光功率的增加,焊缝熔深和熔宽增大,余高减小;随着焊接速度的增加,焊缝熔深、熔宽、余高均减小;随着送丝速度的增加,焊缝熔深和熔宽减小,余高增大。接头的最大拉力为14.43 k N,断裂在上层薄板母材中,焊缝强度大于母材。     

激光热输入对激光增材修复1Cr17Ni2不锈钢组织与力学性能的影响

在1Cr17Ni2不锈钢上进行激光增材修复镍基高温合金粉末试验,研究了激光热输入对1Cr17Ni2钢修复接头显微组织及力学性能的影响。结果表明,1Cr17Ni2钢激光增材修复接头分为熔覆区、热影响区和不锈钢基体,熔覆区上部为均匀分布的树枝晶结构,一次臂较为发达,且生长方向具有一致性,大致平行于熔覆高度方向生长,树枝晶尺寸随激光热输入的减小而逐渐减小,晶粒间的空隙逐渐增大;熔覆区中部和下部区域为短小的柱状枝晶结构,且生长方向具有一致性,随激光热输入的减小,尺寸略有减小。熔覆区主要由基体相γ、沿晶界析出的不规则δ相和MC相等组成;不锈钢侧热影响区主要由块状δ铁素体、奥氏体、马氏体及球状珠光体等组织构成,且与合金熔覆区存在着明显的分界线。随激光热输入的减小,熔覆区平均硬度呈现先增后减的趋势,在激光热输入为80 J/mm时,其硬度达到最大值330.64 HV0.2,较不锈钢基体提高了9.78%。     

不锈钢基体电弧增材制造低合金钢组织性能研究

通过电弧增材制造技术在304L不锈钢基体上堆敷低合金钢,实现不锈钢-低合金钢复合结构的制备,并对熔覆层的成形组织及硬度分布进行分析.通过组织分析发现,顶层为柱状晶,中间层区域由粗晶区和细晶区组成,熔覆层底部区域主要为等轴晶组织.在熔覆层与304L基体界面处生成凝固过渡层,由于元素扩散,靠近此过渡层的304L一侧在奥氏体...     

双丝CMT焊接参数对1561铝合金焊接接头力学性能和组织的影响

铝合金船舶的高效焊接是船舶制造发展的重要方向。文中针对8 mm厚的1561铝合金开展双丝CMT焊接试验,通过扫描电镜、金相、显微硬度、拉伸试验等方法研究了焊接参数对焊接接头性能和组织的影响规律。结果表明,在1561铝合金双丝CMT焊接过程中,焊缝熔深随着前丝焊接电流的不断增大而增加,但熔宽和余高增加到一定程度后出现下降;随着后丝焊接电流升高,熔深、熔宽和余高均增加。低焊接热输入量,有利于获得高强度和高断后伸长率的焊接接头,有效控制热影响区的范围和焊接接头的软化。性能优良的焊接接头中弥散分布着强化相(Fe Mn)Al_6。     

三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。     

镁合金激光-氩弧复合焊再制造熔覆成形工艺优化

目的针对镁合金零部件表面损伤和体积损伤的修复问题,采用激光-氩弧复合焊修复技术,通过对工艺参数的优化,制备出组织性能良好、缺陷少的熔覆层,形成相适应的优化修复方案,为镁合金高效修复提供技术支撑。方法采用激光-氩弧复合焊技术在ZM5合金上制备熔覆层,调整送丝速度、焊接电流、焊接速度、激光功率四种工艺参数,研究工艺参数对熔覆层成形性和尺寸的影响。结果送丝速度越小,熔覆层越光滑,呈现为扁平状,且熔宽、熔深较大。当焊接电流大于105A时,激光-氩弧复合焊的强度和焊接效果最好。焊接速度对熔覆层尺寸的影响很大,随焊接速度的增加,熔覆层向细、窄、小发展。当激光功率增加到400 W时,复合焊热输入提高,熔覆层铺展性增强。结论综合熔深、熔宽、余高的离差量,为得到成形性良好、尺寸较大的熔覆层,焊接速度应为5 mm/s,送丝速度应为23 mm/s,激光功率应在400~500 W之间,焊接电流应为120~140 A。     

旁轴送粉式激光扫描熔覆工艺研究

以Q235钢为基板,采用IPGYLS-4000型光纤激光器以及旁轴送粉器,搭建旁轴同步送粉式激光扫描熔覆工艺试验平台,在基板上进行熔覆试验。研究了激光功率、扫描速度和扫描宽度对熔覆层成形尺寸和对熔覆层组织的影响,结果表明:随着激光功率增大,铁基合金粉末熔化量提高,单层金属熔覆层的余高增加;扫描速度对熔覆层熔宽和余高的影响均较大,随着扫描速度的降低,金属熔覆层熔宽余高均增加,裂纹数量增多。约束应力是导致熔覆层出现裂纹的主要原因,通过优选工艺参数可以获得工艺良好无裂纹熔覆层,为下一步研究激光扫描多层熔覆无(小)变形焊接技术提供理论和技术依据。     

焊接参数对旋转电弧MAG焊焊缝成形的影响

基于旋转电弧焊接机器人进行平板堆焊试验,研究了焊接电流、电压、焊接速度及电弧旋转频率对焊缝成形的影响。结果表明:焊接电流增大,熔宽明显增加,熔深和余高也有所增加,熔敷速度增大,成形系数减小,余高系数几乎保持不变;焊接电压增大,熔深和熔宽均有所增加,余高减小,熔敷速度几乎保持不变,余高系数增大,焊缝成形系数先不变后减小;旋转频率增大,熔深有所减小,余高略有减少,熔宽先增后减,成形系数和余高系数均增大;随着焊接速度的增大,熔深、熔宽、余高均减小,熔敷速度呈指数形式下降,成形系数有所增大,余高系数略有增加。     

旋摆TIG-MIG复合热源堆焊焊缝成形研究

采用自主设计旋摆TIG-MIG复合热源焊枪和φ1.2 mm的JQ. MG50-6焊丝在Q235母材上进行堆焊,研究了电流大小、旋摆速度和钨极-焊丝间距等参数对焊缝成形的影响。结果表明,当TIG电流小于MIG电流时,TIG电流的增大对熔宽、熔深的增加有促进作用,对余高作用不明显。MIG电流的增大有利于熔宽和熔深的增加,余高则略增加。随着旋摆速度的增大,熔宽减小,而余高和熔深略增加。焊丝间距在5～7 mm内增大时,熔宽增加,而余高减小,焊丝间距超过7 mm时,熔宽随着焊丝间距的增加而减少,余高则增加,而熔深一直是随着焊丝间距的增大而稍微增加。旋摆TIG-MIG方法有利于实现高熔敷率、大熔宽、小余高的焊缝成形。     

基于激光填丝熔覆的Cr12MoV模具修复及性能表征

目的引入基体表面粗糙度作为激光填丝熔覆工艺参数,在Cr12MoV表面获得综合性能优良的熔覆层,研究激光功率、送丝速度、扫描速度和表面粗糙度对熔覆层形貌的影响。方法利用Nd:YAG脉冲激光在Cr12MoV基体上熔覆SDK11丝材,用于修复模具表面损伤。利用光学显微镜、SEM和EDS对熔覆层、热影响区微观结构和化学组成进行表征,通过显微硬度仪获得熔覆层纵向硬度分布。结果因为陷光效应,表面粗糙度对熔覆层形貌影响较大,随着粗糙度变大,激光吸收率提高,熔深和稀释率增加,高度降低。影响机理的本质是有效体能量E_v和比填丝率ω。当E_v为80～100 J/mm~3、ω为1～3时,可获得较为稳定的熔覆工艺,熔覆层由胞状晶、柱状晶和等轴晶混合组成,并且晶粒细小,存在硬质铬钒碳化物,可使硬度提升900HV,是基体的3倍。结论 E_v和ω可以作为关键控制工艺因素,在特定范畴内可以获得稀释率低的扁平熔覆层,熔合缺陷少,熔覆层硬度高,不存在明显软化区域。激光填丝熔覆可以达到模具表面缺陷修复的要求。     

外圆表面送粉激光熔覆ZrO2/Ni60A复合涂层组织及硬度

在304不锈钢外圆表面激光熔覆镍基氧化锆金属陶瓷粉末,对激光工艺参数优化,制备工艺性能良好的熔覆层。研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织和硬度分布的影响。结果表明:激光功率为1.5 kW时,涂层硬度最佳;随着扫描速度的增大,熔覆层的组织有细化的趋势;通过优化扫描速度,可得到显微硬度较高,且沿熔覆层表面垂直方向的硬度分布变化不大的熔覆涂层。     

水下高压干式环境下压力及焊接参数对GMAW焊缝成形的影响

开展水下高压干法焊接试验研究,在焊接过程相对稳定的情况下,以环境压力、焊接电流、保护气成分、焊丝伸出长度为变量,探索其对于焊缝截面成形的影响规律. 采用正交试验方法,通过试验确定了焊缝熔深、熔宽及余高随上述变量的变化规律. 结果表明,随着环境压力增大,焊接飞溅增多,熔深增加,熔宽减小,余高增高;高压环境下,随着焊接电流增大,熔宽没有明显变化,熔深增加,余高略有增加;随着保护气中CO₂比例的增加,熔深减小,熔宽增加,余高变化不明显;随着焊丝伸出长度增加,熔深减小,熔宽增加,余高增加.     

激光熔覆工艺参数对单道熔覆层宏观尺寸的影响

研究了扫描速度、送粉速率对单道熔覆层的宽度、高度及单道熔覆层接触角的影响。结果表明,熔覆层的宽度、高度随扫描速率的增大而减小;熔覆层的宽度随送粉速率的改变变化不大;熔覆层的高度随送粉速率的增加而增加;接触角随熔覆层高宽比的改变而变化。     

铝合金薄板交流CMT焊接过程能量分配研究

以1060铝合金为对象,采用交流CMT焊接技术进行平板堆焊,研究了交流CMT焊接过程中用于母材熔化能量和焊丝熔化能量的精确控制.结果表明,通过变换EN、EP的数值及比例可以对交流CMT焊接过程中的能量分配进行控制进而控制焊缝成形.当EN/EP=1∶1时,焊接过程中输入的总能量不变,由于删值的变化使对母材连续热输入的方式发生改变,会使熔深余高变化,随着删个数的增加、熔深逐渐减小、余高逐渐增加.当EN+EP=14时,变化EN的个数.当EN=0时相当于直流反接,此时焊丝的熔化系数最小,熔深最大,余高最小;随着EN的增加,焊缝熔深减小,对焊丝的热输入逐渐增加,余高增加.     

高气压环境脉冲频率对超音频脉冲TIG焊接头焊缝成形和性能的影响

高气压环境会对焊接过程造成很大的负面作用,试验以焊接接头的熔宽、熔深、余高和维氏硬度作为主要评价指标,分析环境压力以及压力环境下脉冲频率对超音频直流脉冲TIG焊接头焊缝成形和性能的影响。结果表明,同一环境压力下,随着脉冲频率的提高,焊缝区的熔宽逐渐减小,熔深逐渐增加;随着脉冲频率的提高,热影响区的宽度和深度随之减小,热影响区的整体尺寸变小,表明超音频直流脉冲TIG焊在高压环境下具有减小热影响区的优势,进而提高焊接接头的质量。焊丝填充区的熔宽和熔深随脉冲频率的提高而减小,余高的整体变化不大,脉冲频率对焊缝余高的影响有限。在同种环境压力下不同脉冲频率得到的焊缝硬度曲线整体趋势相同,硬度值依次按焊缝区—熔合区—热影响区—母材顺序不断降低。随环境压力的提高,焊缝区金属冷却速率加快,焊缝中脆硬组织增加,进而使硬度增大。