铝合金车体焊接同步激光清洗技术研究(特邀)

针对轨道交通车辆车体铝合金型材焊接同步激光清洗,开展了相关工艺、测试与应用技术研究。通过工艺研究得出铝合金氧化膜激光清洗工艺窗口,建立了匹配不同焊接速度的激光清洗参数预测模型,并分析了激光清洗对铝合金表面氧化膜的影响;针对实际工况,设计了激光清洗-电弧焊接同步清焊一体化装置,并开展焊接同步激光清洗工艺验证,实现了焊前高质高效去除氧化膜;通过分析焊接接头力学性能,检测焊缝缺陷,观测焊接接头截面微观组织,评判焊接同步激光清洗焊缝质量。研究表明,采用200 W脉冲激光,清洗速度0.5～1.1 m/min可调的情况下,可以实现线宽45 mm的焊接同步氧化膜的有效清洗,经激光清洗后,原生氧化膜被完全去除,且可避免再生氧化膜的影响。经激光清洗后的焊接接头剪切强度及应变相较未处理的接头分别提升了26.4%和9.98%,较人工打磨后的接头强度分别提升了3.53%和1.43%,焊缝中心组织主要由α基体和β (Mg2Al3)相组成,焊接性能满足轨道交通车辆车体制造要求,可有效替代人工打磨。     

汽车用6061铝合金焊前激光清洗对其接头性能的影响

铝合金材料因其轻质、高强、易加工等诸多优势,常被用于汽车覆盖件及承载构件的原材料。铝合金表面的杂质及氧化膜对接头的焊接质量存在显著影响,焊前对铝合金表面进行激光清洗可以有效改善接头的力学性。研究焊前激光清洗对6061铝合金激光焊接质量的影响。在300 W-2.5 kHz-2 500 mm/s的清洗工艺下,铝合金表面的氧化膜及油污可以完全去除,且对基材无损伤。与未清洗处理的焊接接头对比,焊缝成形连续,内部气孔缺陷基本消失,接头拉伸性能显著提升,接头的抗拉强度可达257 MPa。     

铝合金激光清洗机理与质量评估

针对轻量化发展中铝合金焊前表面清理的工艺需求,研究了铝合金板材光纤激光清洗机理。通过分析激光空间与能量分布参数,确定激光清洗中需要的激光密排方式。在此基础上,进行激光清洗工艺实验,得到了激光参量对表面状态的影响规律,探究并优化了氧化膜剥离工艺,并提出铝合金表层氧化膜可能的两种剥离机制。通过对优化后的清洗参数进行焊接评估,发现激光清洗可以改善焊缝成形,显著提升接头力学性能,验证了光纤激光清洗改善铝合金接头质量的可行性,有助于高强度铝合金接头在制造业领域的大面积推广。     

5083铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗，对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明，脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率，激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率，在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同，表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小，随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大，随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时，5.27μm厚的氧化膜几乎被清洗干净，表面粗糙度为Sa=0.608μm，优于机械打磨表面粗糙度（1.18μm），清洗率达97.14%，与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。     

Al-Mg系铝合金脉冲激光焊接性能影响因素分析

为了研究铝合金表面状态和焊接工艺方法对焊接接头性能的影响,采用Nd:YAG脉冲激光器对Al-Mg系铝合金激光焊接方法进行了理论分析和实验验证,得到了焊接接头性能实验结果.结果表明,原始表面和碱蚀表面处理的试样焊接过程不稳定,阳极氧化试样焊接中形成了稳定的小孔效应,焊接过程较稳定;阳极氧化、两面焊、填粉焊都能有效提高焊缝熔深和深宽比;试样阳极氧化、双面焊、填粉焊可使焊缝抗拉强度提高1倍以上,其中Al-0.05Si填粉焊提升效果最好;表面处理试样硬度都有所提高,磷酸阳极氧化提高效果最好.双面焊工艺使焊缝和熔合区硬度提高,填粉焊焊缝中心硬度很低但熔合区硬度提高明显,双面焊、填粉焊热影响区硬度低于单面焊.阳极氧化表面处理、双面焊工艺可以有效地改善Al-Mg铝合金的激光焊接性.     

激光清洗2A12铝合金复合漆层的技术研究

采用脉冲激光器对2A12铝合金基体表面涂覆的环氧树脂底漆与丙烯酸聚氨酯面漆进行激光清洗试验,针对激光清洗表面的形貌、粗糙度及元素含量进行分析。结果表明：在激光能量密度和激光扫描速度分别为4.45 J/cm²和8 mm/s时,能完全去除面漆且底漆保留完好,并获得了最接近底漆层原始厚度的残余漆层;在此激光能量密度下,当激光扫描速度为5.5 mm/s时,能完全去除复合漆层,且此时阳极氧化膜层的微观形貌完好,氧元素质量分数约为40%,清洗表面的粗糙度R_a=1.138μm。当参数组合为3.56 J/cm²和6 mm/s时,也能完全去除面漆且底漆保留较好;当激光能量密度为4 J/cm²和激光扫描速度为5 mm/s时,能完全去除复合漆层,此时阳极氧化膜表面上氧元素的质量分数约为34%。本研究证明了通过选择合适的激光工艺参数组合能够调控激光清洗质量,验证了激光分层清洗的可行性。     

激光清洗对增材制造5A06铝合金的影响

铝合金因其优异的性能具有广泛的应用前景。但在增材制造中，铝合金的高温熔化，在每层金属之间形成氧化膜，对材料的力学性能产生恶劣影响。激光清洗工艺可以有效去除每层合金之间的氧化膜，提高材料整体的力学性能。结果表明：通过激光共聚焦显微镜的观察，激光清洗后5A06铝合金表面形貌平整。通过表面元素检测，5A06铝合金表面氧元素质量从19.85%下降到1.74%,氧化膜被去除。对激光清洗后的5A06铝合金进行力学性能测试，未经过激光清洗和经过激光清洗的材料表面硬度相差不大，约为85 HV。未经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为268.833 MPa,经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为293.5 MPa,拉伸强度的提升说明激光清洗有效改善了力学性能。     

1420铝锂合金双光束激光焊接气孔的控制

以焊前不对铝合金板材做任何处理为前提,采用扩散冷却板条CO_2激光系统,开展对1420铝锂合金的双光束激光焊接焊缝气孔控制的实验研究.实验结果表明:在激光表面扫描焊时,表面氧化膜对焊缝中气孔的影响大大高于背面氧化膜;但是,在激光对接焊时,焊缝气孔对背面氧化膜的敏感性和焊缝背面成形有直接的关系.经过实验得出了优化的焊接工艺以达到降低气孔率、提高焊缝质量的目的.还进行了1420铝锂舍金的对接焊焊接接头拉伸强度实验.数据显示:选用优化的对接焊工艺,焊接接头的平均拉伸强度可达336.1 MPa,为母材的87.5%.     

印制板表面氧化膜清洗液

一、前言印制板铜箔氧化膜的清洗,对于正镀制板法而言,分为制板前(匀胶前或贴膜前)氧化膜的清洗、电镀前的表面处理和涂复阻焊膜后,焊接前的清洗。二、配方如下配方(1)HCl (化学纯) 260毫升H_2O_2 (化学纯) 60毫升     

镁/铝异种金属激光焊气孔形成原因研究

为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。     

7075-T6铝合金激光对接焊质量的超声波探伤测试与分析北大核心CSCD

采用Nd…YAG激光对7075-T6铝合金进行激光对接焊试验,利用超声波探伤仪对对接焊试块进行探伤并获得对接焊试块的波形图,并用经验波形分析方法对波形图进行分析,得到不同焊接工艺参数下典型的超声波回波特征,建立了激光对接焊工艺参数与回波特征的对应关系。试验结果表明:激光器电压、激光离焦量和焊接移动速度对铝合金对接焊焊缝质量有着重要的影响。分析超声波探伤回波的波形,获得了7075-T6铝合金激光对接焊的最佳工艺参数。该技术为焊缝质量检测提供了一种新方法。     

基于机器视觉的铝合金激光清洗实时检测系统

利用高速电耦合器件与发光二极管光源实时获取激光清洗后铝合金的表面图像,设计了铝合金表面氧化膜激光清洗机器视觉在线检测系统,提出了针对激光清洗过程的动态阈值快速定位耦合算法。所提算法解决了激光高速清洗过程中表面光照不均的问题,实现了激光清洗过程中清洗合格区域与不合格区域的准确分割及快速定位。所设计的在线检测系统能够实时检测铝合金表面氧化膜的清洗质量,缩短了检测时间,提高了检测准确度,可以保障整体的清洗质量。     

基于ANSYS的激光除漆技术数值模拟研究

通过研究资料对激光清洗漆层作用原理进行分析,对5052铝合金表面漆层脱离应力进行测定。采用Ansys建立了脉冲激光清洗5052铝合金表面环氧锌黄漆层的有限元仿真模型,分析了在激光功率为20W时不同扫描速度对激光清洗漆层的温度场和应力场的影响,并进行了清洗效果预估。对仿真结果进行验证,实验表明在扫描速度为1000mm/s时激光清洗漆层所产生的温度场和应力场可以达到去除大部分厚度的漆层以及部分漆层剥离的效果,在扫描速度为600mm/s时可以去除全部漆层且对基体仅有轻微影响,实验结果验证了仿真模型的正确性,通过该模型可以为激光清洗漆层的工艺参数选择提供选择和效果预估。     

5052铝合金的高功率固体激光自熔拼焊

采用平均功率为2KW的光纤耦合输出Nd:YAG固体激光器,对焊缝长度为lm,厚度为2mm的5052铝合金进行脉冲激光自熔拼焊,分析了激光功率、激光频率、焊接速度、离焦量、入射角、气体保护方式等工艺参数对焊接质量的影响,研制出大幅面激光拼焊的专用夹具.找出了一定厚度的5052铝合金大幅面拼焊的最佳工艺参数.并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,当激光平均功率为2KW;峰值功率为3.9KW:激光输出方形脉冲频率为260Hz;占空比为45.2%;焊接速度为2m/min;离焦量为-0.6mm;正反面以15"侧吹保护高纯氩气流量为10L/min:透射聚焦透镜焦距为160mm时,焊接接头整体力学性能优良,其拉伸强度达到母材的80%以上.     

激光冲击强化铝合金焊接接头的性能

以水为透明约束层,采用调Q(脉冲高峰值功率)的YAG激光对A6061-T6铝合金熔化极惰性气体保护焊接接头焊趾附近进行了激光冲击强化,并对比研究了A6061-T6铝合金焊接接头在激光冲击强化与焊态下的性能。试验结果表明,激光冲击强化的铝合金焊接接头与焊态下的相比,其冲击强化区的维氏硬度得到明显提高,焊接接头疲劳寿命得到较大幅提升;焊态下的试样疲劳断口位于焊缝或焊缝近旁,激光冲击强化下的试样疲劳断口位于基体金属上;激光冲击强化后在材料近表面获得了较大的残余压应力,其最大值约为-145MPa;与基体金属相比,激光冲击强化后的表面粗糙度增大。     

铝合金1100 H14的激光焊接工艺研究

受加工工艺、热变形以及铝合金对激光的强烈反射等因素影响,铝合金的激光焊接存在较大的困难。以1.0mm厚1100H14铝合金薄板为对象,采用Nd:YAG脉冲激光器进行焊接,重点研究了激光焊接过程中脉冲波形、激光功率、脉冲频率、焊接速度等对焊接成形质量的影响。焊后进行拉伸强度测试、金相观察、显微硬度测定、断口分析。实验结果表明:预热保温的焊接波形焊接试样优于梯形波焊接试样:优化的焊接参数为峰值功率8kW,单脉冲能量20J,频率10Hz,焊接速度2.1mm/s;抗拉强度为95.7N/mm~2,达到母材抗拉强度的86%;焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝区有软化现象,硬度为HV4.9 33.2,达到母材的77%。     

BDD 电化学结合表面活性剂的新型清洗方法

提出了一种新型抛光后的清洗方法,采用掺硼金刚石膜作阳极的电化学方法制备出氧化液,用其去除表面有机污染物,同时配合使用非离子表面活性剂去除表面固体颗粒.用金刚石膜电化学制备出氧化液,克服了单纯电化学氧化生成的强氧化性羟基自由基不稳定和寿命短等缺点,实现氧化能力持久保持.表面活性剂能有效地去除表面颗粒,清洗后Si片上会有残留物,氧化液可以将残留物去除.通过实验对比发现,这种新颖的清洗方法在颗粒和有机物去除上有很好的清洗效果,能够满足微电子工艺的发展需求.     

阳极氧化工艺及成膜机理

铝基板经阳极氧化后形成一层耐磨、耐腐蚀、电绝缘的氧化膜。铝合金成分、微观组织结构、氧化前处理等因素都会对阳极氧化产生影响。本文基于阳极氧化工艺流程,结合工艺参数,探讨了氧化膜的形成和生长过程,进而分析了影响氧化膜性能的深层原因,对生产有一定的参考意义。     

脉冲激光清洗铝合金表面漆层的技术研究

采用波长为1064 nm、脉宽为1μs的脉冲激光器对2024铝合金表面漆层进行激光清洗工艺试验,研究扫描速度、脉冲频率、激光功率对激光清洗漆层质量的影响规律,通过清洗表面形貌、漆层断裂横截面、清洗过程中收集的颗粒的形貌、清洗表面元素价态的变化,以及有限元模拟的温度场与应力场分布,深入分析了激光清洗漆层的过程与作用机制。结果表明:扫描速度、脉冲频率、激光功率均会不同程度地影响激光除漆质量,激光清洗质量随着扫描速度、脉冲频率的增加而先增加后降低,随着激光功率的增加而变好,在激光功率为16.5 W、扫描速度为600 mm/s、脉冲频率为30 kHz的条件下,能够达到较好的激光清洗质量;不同工艺参数下激光清洗漆层的作用机制存在差异,其中内聚力破坏机制和裂纹扩展断裂机制是激光清洗漆层的主要作用机制。     

激光除漆技术数值模拟与实验研究

通过研究资料对激光清洗漆层作用原理进行分析。采用Ansys建立了脉冲激光清洗5052铝合金表面环氧锌黄漆层的有限元仿真模型,分析了在激光功率为20W时不同扫描速度对激光清洗漆层的温度场和应力场的影响。对5052铝合金表面漆层脱离应力进行测定和仿真结果进行验证,实验表明在扫描速度为1200mm/s时激光清洗漆层所产生的温度场和应力场去除效果最好,在扫描速度为200～1000mm/s时由于等离子体屏蔽效应导致漆层对激光的吸收率降低,实验结果验证了在高速扫描、等离子体屏蔽效应影响较小时仿真模型的正确性,通过该模型可以为激光清洗漆层的工艺参数选择提供选择和效果预估。