7A05铝合金CO_2激光-MIG复合焊气孔形成及控制机理

采用CO_2激光-MIG复合焊对7A05铝合金进行了焊接工艺研究,研究了热源间距、焊接速度及MIG焊接电流对焊接气孔形成规律的影响。通过对焊缝进行X射线检测,进一步探讨了气孔的特征及其形成原因和控制方法。结果表明,焊缝中的气孔数量与板材的焊前处理状态、焊接保护效果及焊接工艺有着显著的联系。其中,冶金类气孔的形成机制是铝合金板材及焊接材料表面的水分分解出氢溶入到熔池中不能逸出,因而,通过加强焊前处理及减少熔池吸氢时间可有效控制冶金类气孔的形成;工艺类气孔的主要形成机制是激光深熔焊的"匙孔"坍塌,而通过优化激光-MIG复合焊接工艺及加强熔池背部保护也可较好地控制工艺类气孔的形成。     

铝合金激光双光点焊接工艺特性

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,并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所得焊缝表面质量更好,焊缝熔宽更大,对接间隙和准直度容许裕度明显放宽.激光双光点焊接铝合金可以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.此外,填加焊丝可以进一步改善焊缝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.     

焊接熔池流体动力学行为的数值模拟和实验研究北大核心CSCD

在对激光焊接过程中匙孔壁面受力平衡状态和金属蒸发情况研究基础上,建立了随匙孔深度和形貌变化的自适应热源模型。采用Particle Level Set方法来跟踪熔池内的匙孔自由表面,对2A12合金和30CrMnSiA钢激光深熔焊过程进行了数值模拟,分析了材料性能和侧吹气体对熔池-匙孔内的温度场、流场和匙孔动态演化过程的影响。研究结果表明,相同工艺参数下热导率较小的材料,更容易形成深而窄的焊缝形貌。而侧吹气流气体的加入不仅能够改善熔池内流体的流动状态,而且能够显著地抑制焊缝中气孔产生。在此基础上,利用熔池动态监测技术对激光焊接中熔池的动态行为进行了实验观测,得到了熔池内匙孔颈缩、塌陷、闭合以及气泡的形成过程,进一步验证了模拟结果的合理性。在对不同侧吹气流下焊缝气孔检测和模拟结果分析的基础上,提出了增强焊接稳定性和降低气孔敏感性的新思路。     

焊接熔池流体动力学行为的数值模拟和实验研究

在对激光焊接过程中匙孔壁面受力平衡状态和金属蒸发情况研究基础上,建立了随匙孔深度和形貌变化的自适应热源模型。采用Particle Level Set方法来跟踪熔池内的匙孔自由表面,对2A12合金和30CrMnSiA钢激光深熔焊过程进行了数值模拟,分析了材料性能和侧吹气体对熔池-匙孔内的温度场、流场和匙孔动态演化过程的影响。研究结果表明,相同工艺参数下热导率较小的材料,更容易形成深而窄的焊缝形貌。而侧吹气流气体的加入不仅能够改善熔池内流体的流动状态,而且能够显著地抑制焊缝中气孔产生。在此基础上,利用熔池动态监测技术对激光焊接中熔池的动态行为进行了实验观测,得到了熔池内匙孔颈缩、塌陷、闭合以及气泡的形成过程,进一步验证了模拟结果的合理性。在对不同侧吹气流下焊缝气孔检测和模拟结果分析的基础上,提出了增强焊接稳定性和降低气孔敏感性的新思路。     

双光束激光填丝焊工艺对铝合金焊接气孔率的影响

以LF6铝合金为材料,CO2激光为热源,开展了双光束激光填丝焊气孔特性分析.与单光束激光填丝焊及双光束自熔焊相比,双光束激光填丝焊能够抑制气孔的产生,尤其是并行双光束激光焊抑制气孔效果更明显.在此基础上进一步分析了保护气体成分和激光能量对焊接气孔率的影响.结果表明,采用氦气保护时,等离子体对激光的屏蔽作用小,能够稳定焊接过程;激光功率过大或者过小都会导致匙孔的不稳定,造成焊缝气孔率增加.     

铝锂合金双光点激光焊工艺

针对5A90铝锂合金双光点激光焊研究表明,当激光功率和焊接速度一定时,合理的选择激光功率、光点间距和能量比,可以提高焊接过程的稳定性,有效改善焊缝的成形质量.改变光点的排列方式可以增大焊缝的正面熔宽,背面熔宽则取决于激光的穿透能力.分析发现铝锂合金激光焊焊缝中的气孔分为冶金性气孔与工艺性气孔两类,双光点激光焊接可有效防止工艺气孔.     

铝合金激光焊接熔池中气泡运动与气孔相关性分析

以5052铝合金作为试验材料,通过对焊接过程中熔池流动及生成气孔运动轨迹的观察研究了激光自熔焊、激光填丝焊中气孔的形成过程及其影响因素.结果表明,在激光自熔焊过程中,低速焊时熔池流动紊乱,气泡沿熔池底部边缘向后方运动;高速焊时熔池流动稳定,气泡沿匙孔后壁向上运动.焊丝的送入对熔池和匙孔的稳定性有较大的影响,熔池内液体流动紊乱,阻碍了匙孔末端生成气泡的运动,从而大幅增加焊缝中残留气孔的数量.相对于前送丝方式,后送丝时,送进的焊丝对熔池及其内部匙孔的影响更大,熔池内液体流动紊乱,气泡运动轨迹更长,焊缝中残留气孔数量更多.     

5052铝合金双光点激光焊接组织与性能

双光点激光焊接能够明显改善铝合金在激光焊接时容易产生气孔、咬边等焊接缺陷的情况且焊接过程稳定,是近几年焊接工作者研究较多的新兴焊接方法。在对5052铝合金进行双光点激光焊接工艺研究基础上,着重对2．0mm厚5052铝合金双光点激光焊接接头组织与性能进行了研究。观察了单、双光点激光焊接接头组织,并测试了焊接接头各区域的显微硬度及室温拉伸力学性能,观察了断口形貌。结果表明,双光点激光焊接接头组织得到细化,接头各区域硬度高于母材,但低于单激光焊接接头。焊接接头抗拉强度略高于单激光焊接接头及母材,断后伸长率相差不大。     

钛合金电子束深熔焊根部缺陷机理分析

文中研究了大厚度Ti6321钛合金深熔焊时，根部缺陷的位置和形貌特征，分析了根部缺陷产生的原因，揭示了缺陷产生的机理，提出了减小和消除根部缺陷的方法.结果表明，对于大厚度钛合金深熔焊，未焊透时焊缝中容易产生钉尖和链状气孔缺陷.当匙孔底部表面张力与流体静压力之和大于金属蒸气压力时，根部无法维持稳定的匙孔内壁，液态金属凸出向匙孔坍塌，金属蒸气不能完全逸出，在快速冷却条件下，液态金属凝固后形成钉尖缺陷. 当表面张力、液体静压力与金属蒸气压力的平衡位置距离匙孔底部距离大于1/2熔深时，焊缝根部容易产生链状气孔缺陷.通过采取相应措施可以有效减少和消除钉尖缺陷和链状气孔缺陷.     

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.     

A study on the porosity of CO2 laser welding of titanium alloy

0IntroductionTitanium alloys are increasingly applied in aeronauticindustry because of its higher strength to weight ratio thansteel and superior fatigue performance to aluminum alloy.At the same time there are many newtitanium-based alloysoccurring,such as Ti3Al-Nb titanium aluminide[1].Weldsof titanium alloy are prone to porosity,presenting a poten-tial problem for many application requiring sealing,corro-sion and fatigue resistance and good fracture toughness.Many studies have demonstrate…     

YAG激光与脉冲MIG复合焊接

研究了YAG(掺钕钇铝石榴石 ,Nd 3:Y3Al5O1 2 )激光与脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺 ,设计制造了复合焊接机头 ,探讨了各种规范参数对焊缝成形的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 -脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成形美观 ,无气孔等缺陷 ,熔深与激光单独焊比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺。     

功率分布对5A06铝合金激光摆动焊接熔池动态行为的影响

以5A06铝合金锁底对接焊缝为研究对象,在激光束摆动的基础上引入一种沿正弦摆动路径分布的激光功率(功率分布),实现功率相对于摆动路径的动态调控.基于FLUENT有限元软件,建立激光摆动焊接过程的流体动力学模型,研究光斑摆动与功率分布对焊缝成形的影响机制,模拟对比了施加等功率与功率分布2种工艺下的焊缝截面形貌、熔池动态行为及气孔形成过程.结果表明,与等功率焊接相比,施加功率分布焊缝成形更优,未出现咬边和烧穿等缺陷;由于功率分布的特点,有效缓和了熔池的平均流速,熔融金属呈现更为稳定的流动行为,进一步提高了匙孔的稳定性,并获得了深宽比较小的匙孔,有效降低了焊缝的孔隙率(0.9%).     

氧化物弥散强化MGH956合金TIG焊缝气孔问题分析

通过X射线探伤和金相分析相结合的方法,对氧化物弥散强化（ODS）合金MGH956的TIG焊接气孔的产生机理、分布、数量及焊接工艺参数的影响进行了研究.结果表明,气孔的产生与ODS合金本身的制造工艺特点、弥散氧化物颗粒和焊缝组织有关;在焊缝的边缘发现许多小泡;焊缝气孔在焊缝两侧的熔合线附近呈链状分布,这是由熔池各部位的特...     

Macrostructural and microstructural features of 1 000 MPa grade TRIP steel joint by CO2 laser welding

Bead-on-plate CO2 laser welding of 1 000 MPa grade transformation induced plasticity (TRIP) steel was conducted under different welding powers, welding speeds and shield gases. The macrostructural and microstructural features of the welded joint were investigated. The increase of welding speed reduced the width of the weld bead and the porosities in the weld bead resulting from the different flow mode of melted metal in weld pool. The decrease of welding power or use of shield gas of helium also contributed to the reduction of porosity in the weld bead due to the alleviation of induced plasma formation, thus stabilizing the keyhole. The porosity formation intimately correlated with the evaporation of alloy element Mn in the base metal. The laser welded metal had same martensite microstructure as that of water-quenched base metal. The welding parameters which increased cooling rate all led to fine microstructures of the weld bead.     

激光-MIG复合焊中激光与电弧前后位置对焊缝成形的影响

为了便于激光束焊接高反射率的铝合金,研究了激光-MIG复合焊方法中激光与电弧前后位置对焊缝成形的影响。激光入射角度在电弧和激光束前后相对位置不同情况下,分别对应不同的焊缝成形机制会对焊缝的表面和内部成形产生比较大的影响,激光束在前电弧在后,焊缝上表面成形均匀饱满;而电弧在前激光束在后,焊缝表面会出现倾斜沟槽。通过对焊缝不同位置进行EDX和微观硬度分析可以明显发现两种情况下Mg元素含量从焊缝上表面到底部依次增加,但硬度分布略有差别:激光在前电弧在后焊缝上部的硬度小于底部,而电弧在前激光在后焊缝上部的硬度大于焊缝的底部。对铝合金施焊之后的焊缝表面及其两侧会有一层黑色物质,通过EDX分析可以确定为铝、镁的氧化物。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。     

TIG焊和PAW焊中活性剂对焊缝熔深的影响

针对常规TIG焊生产效率低、熔深小等问题，研究了TIG焊和PAW焊中应用活性剂对焊缝熔深的影响。结果表明，应用活性剂后，在同样的参数下，同传统TIG相比，活性剂能够大幅度提高不锈钢、铝合金和钛合金的焊缝熔深。对于PAW焊，熔深也有增加，但是增加的幅度不如TIG效果明显，但对焊缝成形有很好的改善。同时，活性剂对铝合金焊接背面能够起到保护作用。对于钛合金，活性剂除了增加焊缝的熔深外，还能够大幅度地消减焊缝产生的气孔。     

Automatic extraction and visualization of spatial position data for bulk porosities in laser weldments with complex structures

The left and right-turning scheme of weldments was adopted to detect small porosities in laser weldments with complex structures. Detection images were obtained in this study. An algorithm that determines the optimal structure elements for morphology simulation was provided to achieve fidelity segmentation of small porosities. Mathematical models for the defect depth and deviation of bulk porosities were established based on the geometric features of laser weldments. Thus, the features of spatial distribution of small porosities were determined. To improve detection efficiency, the automatic extraction of spatial position data for bulk porosities was divided into two parts: automatic extraction of projection distance, which is important for the determination of weld porosity depth and deviation, and automatic extraction of porosity size. The porosity distribution in the longitudinal direction was obtained by automatic searching, and the features of the spatial distribution of weld porosities were procured. A 3D model of laser weldments was established to visualize the spatial distribution of porosities. Extracted data were inputted to the model, and the spatial positions of bulk porosities were visualized.     

铝合金焊接接头冲击强化的性能

为了提高铝合金焊接接头的力学性能,试验分别采用超声波和调Q脉冲YAG激光对A6061-T6铝合金焊接接头焊趾附近处进行冲击强化,研究了超声波和激光冲击强化下铝合金焊接接头的性能.两种冲击强化模式下,铝合金焊接接头焊趾处近表面均发生了冲击强化效果,并产生了较大的残余压应力,超声波和激光冲击强化后产生的最大残余压应力分别为 -158 MPa和 -145 MPa左右.超声波与激光冲击强化铝合金焊接接头的疲劳寿命差别不大,均比焊态下试样的疲劳寿命提高1倍以上.两种冲击强化方法的疲劳试验样件断裂位置均发生在基体金属上,而焊趾处没有疲劳裂纹产生.