双光束激光焊匙孔动态特征分析

文中研究了高功率单光束激光焊与双光束激光焊过程中匙孔动态特征的差别. 结果表明,单光束激光焊及双光束激光焊接过程中匙孔均处于从产生到湮灭的剧烈波动的过程,不同于单光束激光焊匙孔的形成、长大、维持、缩小、湮灭过程,双光束激光焊的匙孔还存在分离长大及合并缩小的过程;在相同的焊接参数及焊缝具有相同熔深的条件下,双光束激光焊匙孔的波动频率约为单光束激光焊的2/3,单光束激光焊匙孔的开口面积均值约为双光束激光焊匙孔开口面积的1/2,开口面积的波动变异系数约为单光束激光的2倍,即双光束激光焊过程中匙孔较单光束激光焊的具有较高稳定性.     

双光束激光-TIG复合焊电弧特性分析

从TIG电弧波动特征方面分别研究了铝合金高功率单光束激光-TIG复合焊和双光束激光-TIG复合焊焊接过程的差别。试验结果表明,双光束-TIG复合焊的电弧电压分布更集中,即双光束-TIG复合焊的电弧电压相对稳定。在试验条件下,当焊接参数相同时,双光束-TIG电弧电压的变异系数随激光功率的增加而减小,单光束-TIG的电弧电压变异系数随激光功率的增加而增加,并且在激光功率密度较小时,单光束-TIG的电压变异系数小于双光束-TIG及单TIG。在激光功率密度较大时,电压变异系数为单光束-TIGTIG双光束-TIG;在相同的焊接参数下,双光束激光-TIG复合焊的焊缝表面成形较单光束激光-TIG复合焊的均匀连续。     

铝合金双光束/单光束激光-TIG复合焊

针对4mm厚5A06铝合金,分析了双光束光纤激光-TIG复合焊的焊缝成形特点、气孔率、匙孔动态特征及接头力学性能,并与单光束光纤激光-TIG复合焊对比。结果表明,在获得相同焊缝背面熔宽条件下,与单光束激光-TIG复合焊相比,双光束激光-TIG复合焊的焊缝背面成型连续性、均匀性更优且熔宽波动较小,焊缝气孔率降低50%以上,激光匙孔开口面积平均值更大,波动变异系数更小;双光束激光-TIG复合焊接头抗拉强度、断后伸长率、显微硬度、组织与单光束激光-TIG复合焊结果差别不大。     

铝合金激光-MIG复合填丝焊稳定性分析

通过与铝合金激光-MIG复合焊方法相对比,主要研究了铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形、熔深稳定性、余高稳定性、焊缝气孔率、激光匙孔特征、等离子体特征. 试验结果表明,在合适的工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊焊接过程稳定,焊缝成形良好,额外填入的焊丝可以连续稳定地过渡到熔池中,激光匙孔具有明显的形成、长大、湮灭周期性变化特征;相同工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝熔深稳定性、余高稳定性与激光-MIG复合焊相当,激光匙孔开口面积约增加15.34%,等离子体+电弧总面积约增加1.95%.     

铝合金/不锈钢双光束激光深熔焊接接头组织及力学性能

采用双光束光纤激光热源对1.5 mm厚5083铝合金和1.8 mm厚304不锈钢异种合金搭接接头进行了激光深熔焊接工艺实验,研究了光束相对位置对接头焊缝成形、界面组织及接头力学性能的影响.结果表明,在无任何填充材料条件下,采用双光束激光进行铝合金/不锈钢异种合金激光深熔焊接能够获得良好的焊缝表面成形,小能量分光束在前的接头界面金属间化合物(IMC)厚度相对较薄.接头界面纳米硬度测试结果表明,IMC层平均硬度为9.61 GPa,且明显高于不锈钢母材(4.12 GPa)和铝合金母材(1.09 GPa).接头拉伸断裂于铝合金/不锈钢IMC界面层.小能量分光束在前的接头获得机械抗力大于分光束在后的接头.     

动力电池1060铝合金薄板可调环形光斑激光搭接焊工艺优化

激光焊接为动力电池铝合金薄板焊接提供了有效技术手段，然而传统激光焊接工艺在高焊接速度要求下易产生飞溅、气孔等缺陷，影响构件的服役性能.文中开展可调环形光斑激光搭接焊工艺调控研究，阐明了中心-环形激光功率对焊缝成形的影响规律，在此基础上，确定了无飞溅、少气孔、大搭接面熔宽的高速稳定焊接工艺窗口.在上述工艺窗口范围内，以小熔深波动与大搭接面熔宽作为目标，基于Kriging模型与NSGA-Ⅱ遗传算法开展多目标工艺参数优化.经验证，在焊接速度70 mm/s以上，焊缝成形质量进一步得到提升，搭接面熔宽提高8.89%、熔深波动小于10%、无明显成形缺陷.     

镁/镀锌钢异种合金单、双光束激光熔钎焊特性

以镁焊丝为填充材料,对镁/镀锌钢异种合金进行单、双光束激光熔钎焊试验研究,分析不同工艺参数对焊缝成形的影响规律,获得不同热源作用方式下的界面形态规律及其对界面强度的影响。结果表明:采用单、双光束进行填丝熔钎焊均可获得较满意的外观成形;单光束容易存在未钎合现象,焊接过程不够稳定,而双光束具有更好的温度分布,容易提高润湿铺展能力。剪切强度测试结果表明,单、双光束最大的接头效率分别达到30.9%和42.4%,焊趾处裂纹的存在是导致接头失效的主要原因。     

万瓦级光纤激光焊接工艺研究

为研究万瓦级光纤激光自熔焊接焊缝成形规律,进而实现30 kW激光功率条件下焊缝的良好成形,试验以30 mm和40 mm厚Q235低碳钢为研究对象,在平板堆焊基础上,分析不同激光功率、离焦量、焊接速度和侧吹压力条件下的焊缝成形特征,并利用自制小型侧吹装置进行了工艺参数优化和焊缝成形控制.结果表明,万瓦级激光焊接时,特别是当激光功率达到30 kW时,单一通过离焦量或焊接速度的改变难以获得良好的焊缝成形,焊缝均匀性差、焊接飞溅大;通过在试板上方施加横向侧吹并在侧吹压力为0.3～0.4 MPa时,可有效改善焊缝成形,减少焊接飞溅,同时焊缝熔深可提高20％以上;通过工艺参数的进一步优化,最终在横向侧吹压力为0.4 MPa、焊接速度为0.6 m/min时实现了30 kW激光焊接时焊缝表面成形的良好控制.     

铝合金万瓦级激光-MIG 电弧复合焊缝成形

针对5A06铝合金进行了万瓦级激光-MIG电弧复合焊接工艺试验,分析了激光功率、离焦量、焊接速度、光丝间距对焊缝成形的影响。结果表明,万瓦级激光-电弧复合焊的焊接窗口窄、焊接过程不稳定,焊缝易出现驼峰、凹陷、咬边等缺陷。激光功率、离焦量和焊接速度对焊缝熔深影响较大,激光功率由10 kW增加至30 kW,焊缝熔深增加18 mm,达到29 mm。光丝间距对焊缝熔深熔宽影响较小。通过调节工艺参数,可明显改善铝合金万瓦级激光-MIG电弧复合焊的焊缝成形,适当的工艺参数下,可在达到最大熔深的同时获得具有稳定表面成形的焊缝。     

基于高通量测试方法的高功率激光焊接工艺特性分析

为了更加高效、精准的获得工艺参数对高功率激光焊接工艺特性的影响规律，提出了激光焊接特性分析用高通量测试方法，并借助高速摄影和图像处理技术对测试过程中的光致羽辉和飞溅进行了统计分析. 结果表明，随着激光功率增加，焊接过程中飞溅数量与波动程度增加，对应焊后表面成形质量变差，内部裂纹增加；对于万瓦级激光焊接，相较于正离焦焊接，负离焦量焊接时的焊缝成形更为优异，焊接过程飞溅数量得到有效抑制，熔深波动程度也得到明显改善；实际焊接结果与激光焊接特性高通量测试结果高度一致，这说明基于高通量测试方法的激光焊接特性分析方法可以真实、快速的反映出工艺参数变化时对焊接特性的影响规律，是一种切实可行的激光焊接特性分析新方法.     

TC4钛合金光纤激光摆动焊抑制小孔型气孔的原因分析

采用光纤激光器对8 mm厚TC4钛合金板进行振镜摆动焊接,采用光谱仪和高速摄像机采集等离子体的光谱、图像及小孔的图像,分析摆动焊接抑制小孔型气孔的原因.结果表明,摆动光束对抑制钛合金小孔型焊接气孔具有显著作用;光束未摆动焊接时,焊缝中的气孔率达9.8%;光束摆动后焊缝中的气孔率均降低,其中焊接参数为5 kW、2 m/min,摆动参数为80 Hz、0.5 mm时,小孔形气孔被完全抑制.与光束未摆动相比,光束摆动焊接的小孔稳定性显著增加,其原因是光束摆动提高了光束与熔池液面的接触面积,金属蒸发增强,驱动小孔张开的径向力和轴向力得以增加.     

铝合金中厚板高功率激光搅拌焊气孔缺陷工艺调控

高功率激光焊接为铝合金中厚板高质高效焊接提供了有效手段,然而面临焊缝气孔多发的问题. 文中开展了铝合金中厚板高功率激光搅拌焊接气孔缺陷的工艺调控研究,阐明了搅拌振幅和搅拌频率对接头气孔率的影响,并提出了工艺参数优化方法. 结果表明,搅拌振幅主要影响光束运动轨迹横向分布和小孔开口面积;搅拌频率主要影响激光光束运动速度和对后方熔池的搅拌次数;搅拌振幅和频率越大,气孔抑制效果越明显,但焊缝熔深难以满足应用要求;通过控制光束运动轨迹和能量密度,可以实现工艺参数的设计,获得大熔深、少气孔的最佳工艺区间,最终得到熔深高达6.4 mm的少气孔焊接接头.     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配.借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究.结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复...     

6061铝合金激光深熔焊等离子体光谱特征与气孔的相关性

采用光纤激光器对6061铝合金进行焊接,获得了表面成形良好的焊缝. 利用光谱仪和高速摄像机获取等离子体的光谱和图像,分析了激光深熔焊时等离子体的光谱特征,讨论了光谱强度及其波动程度与焊缝气孔的位置及气孔率之间的相关性. 结果表明,6061铝合金激光深熔焊时等离子体的电离度低,光谱中只有金属原子谱线,AlI 396.152 nm谱线的强度能够反映焊接过程中等离子体的光谱特征;等离子体光谱强度及其波动程度与焊缝中氢气孔的形成位置和气孔率均不存在必然联系;等离子体光谱强度与小孔型气孔的位置不存在相关性,但其波动程度能够反映小孔型气孔的气孔率.     

辅助增强匙孔气流对激光焊接不锈钢组织和显微硬度的影响

以HR-2抗氢钢为试验材料,利用板条型CO2连续激光器,采用喷嘴在前、入射角为60°的匙孔增强气流,进行了不同参数下的激光焊接试验.结果表明,在气流辅助增强匙孔激光焊中,匙孔气喷嘴在前的布局对熔池扰动小,能获得较好的焊缝成形;与传统激光焊接相比,熔深增加、熔宽明显减小,焊缝形状呈葫芦型,这是匙孔气流压制等离子体、使匙孔向底部凹陷的结果;从焊缝组织来看,增强激光焊焊缝的柱状晶较短小,焊缝中心呈现等轴晶形态,属于FA的不锈钢凝固模式.与传统激光焊不同,气流辅助增强匙孔激光焊的焊缝、热影响区显微硬度与母材相当,这可能是引入的增强匙孔气流改善了焊缝金属的冷却条件,更少铁素体析出的结果.     

Weldability of 1.6 mm thick aluminium alloy 5182 sheet by single and dual beam Nd: YAG laser welding

Abstract

The weldability of 1.6 mm thick 5182 Al–Mg alloy sheet by the single- and dual-beam Nd:YAG laser welding processes has been examined. Bead-on-plate welds were made using total laser powers from 2.5 to 6 kW, dual-beam lead/lag laser beam power ratios ranging from 3:2 to 2:3 and travel speeds from 4 to 15 m min^-1. The effects of focal position and shielding gas conditions on weld quality were also investigated. Whereas full penetration laser welds could be made using the 3 kW single-beam laser welder at speeds up to 15 m min^-1, the underbead surface was always very rough with undercutting and numerous projections or spikes of solidified ejected metal. This 'spikey' underbead surface geometry was attributed to the effects of the high vapour pressure Mg in the alloy on the keyhole dynamics. The undesirable 'spikey' underbead geometry was unaffected by changes in focal position, shielding gas parameters or other single-beam welding process parameters. Most full penetration dual-beam laser welds exhibited either blow-through porosity at low welding speeds (4–6 m min^-1) or unacceptable 'spikey' underbead surface quality at increased welding speeds up to 13.5 m min^-1. Radiography revealed significant occluded porosity within borderline or partial penetration welds. This was thought to be caused by significant keyhole instability that exists under these welding conditions. A limited range of dual-beam laser process conditions was found that produced sound, pore-free laser welds with good top and underbead surface quality. Acceptable welds were produced at welding speeds of 6 to 7.5 m min^-1 using total laser powers of 4.5–5 kW, but only when the lead laser beam power was greater than or equal to the lagging beam power. The improved underbead quality was attributed to the effect of the second lagging laser beam on keyhole stability, venting of the high vapour pressure Mg from the keyhole and solidification of the underbead weld metal during full penetration dual-beam laser welding.     

Keyhole formation and its characteristics in laser welding mode transition

Keyhole is the most important characteristic for laser deep penetration welding, and its formation indicates the beginning of laser deep penetration welding mode. The keyhole developing process was analyzed and the keyhole formation time was calculated according to welding speed and the length of weld bead formed in the keyhole formation process. The results showed that the keyhole forms in 40-70 ms at different rate of change of laser power. In laser deep penetration welding process, the variation of light intensity radiated by laser induced plasma can identify the keyhole formation, but it can not be used to estimate the keyhole formation time because of delay effect.