一种基于三角迂回的激光焊接折角速度算法

针对折角处的激光焊接速度难以保持恒定而导致焊缝不均匀的问题，提出一种基于三角迂回的速度规划算法.焊枪移动到折角处后不直接作折角加减速运动，而是停止焊接的同时继续前行作一个三角型的迂回运动，待迂回到折角处再以原来速度重启焊接过程.实际的激光焊接轨迹可实现恒定速率运动以保证焊缝的均匀性，而三角迂回运动则采用S形速度曲线以降低对焊接平台的柔性冲击.该速度规划算法对于各种折角大小具有普适性.仿真和试验结果验证了所提方法的有效性.     

激光焊接7A52铝合金变厚板微观缺陷研究北大核心

满足航空航天、汽车等结构强度要求前提下,通过改变结构和材料实现轻量化,7A52高强度铝合金变厚板保证在不同位置承受大小不同的载荷,达到强度要求且降低重量。激光焊接是连接零部件的主要方式之一,搭建激光焊接系统平台,在定工艺参数下对铝合金变厚板进行激光焊接,检测定功率、定速度焊接时焊缝微观缺陷,分析缺陷形成机理,提出连续变功率、变速度焊接,检测焊缝微观缺陷,结果表明改进方法消除或减少了焊缝微观缺陷。     

国产厚板大功率激光填丝焊Y形焊缝的焊接工艺性

大功率激光的高功率密度特征使其成为船用大厚度材料高效焊接最有前景的方法之一.试验完成了10mm和12mm国产船用材料高功率CO2激光填丝焊的工艺设计,分析了焊接过程的光致等离子体行为.结果表明,当功率在13kW以上时随着焊缝熔深的增加斜率明显变缓;对于焊透的焊缝,仅仅用熔宽和熔深不能充分表征焊接参数对焊缝截面的影响;试验建立了激光填丝焊Y形焊缝形态模型,将Y形焊缝抽象成上半部分为梯形,下半部分为长方形的组合图形;在激光功率和焊接速度保持不变的条件下,研究了送丝速度和焊缝间隙变化时焊缝截面形态的变化规律.     

AZ31B变形镁合金CO2激光焊接模式及焊缝成形特点

用CO2激光对4 mm厚的AZ31B变形镁合金进行了焊接试验,试验中出现了三种焊接模式:小孔焊、热导焊、模式不稳定焊.分析发现在一定参数范围内激光功率是焊接模式的决定因素.提出用正面熔宽与纵深段熔深的比值来表征小孔焊焊缝的形状特点,并对焊缝形状参数的影响因素进行了分析.发现焊接热输入是控制焊缝形状的最主要因素,而焊接速度变化引起的激光能量利用率的变化和激光功率变化引起的等离子体羽翼导热影响范围的变化也是焊缝形状的影响因素.在保证熔透的前提下,选择较低的激光功率、较高的焊接速度和较弱的焊接规范有利于获得深而窄的焊缝.     

B170P1差厚高强钢激光焊接工艺与力学性能分析

选取1.0mm和1.5mm厚的B170P1高强度钢为研究对象,采用不同激光焊接工艺参数对其进行激光拼焊,焊后对焊接接头进行金相检验及显微硬度测试,分析了母材、焊缝及热影响区的微观组织特性;对焊后试样进行拉伸试验,研究了激光焊接工艺对力学性能的影响.结果表明,焊接功率的增加造成焊缝中粒状贝氏体数量增多,材料韧性变差;焊接速度大时焊缝中晶界铁素体以条状居多,焊接速度小时焊缝中主要是块状铁素体;激光热输入较小时,晶粒尺寸随热输入的增加增长迅速,调节热输入大小可抑制晶粒增长.     

基于功率随动控制拐角激光焊接质量优化

针对拐角激光焊接存在的因加减速及光斑重叠引起的能量累积问题，提出一种基于时间和空间维度、同时考虑焊接比能量与能量密度分布的功率随动控制策略，控制拐角处的能量分布，优化拐角处的焊接质量.借助于MATLAB软件分析了拐角处的激光焊接热输入和能量密度分布，优化了激光功率和焊接速度之间的匹配关系.基于团队自主研发的激光振镜焊接控制系统，以3003铝合金为研究对象进行不同拐角条件下的拐角焊接质量优化试验.结果表明，采用基于时间和空间维度的功率随动控制策略可有效改善拐角处焊缝的表面形貌，保证焊缝的均匀性，同时，在不影响熔深质量的前提下，有利于抑制拐角处的缺陷生成，提高焊缝的整体质量.     

304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析

针对不锈钢薄板脉冲激光焊接的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对0.5 mm厚的304不锈钢薄板脉冲激光焊接的热过程进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元结合,并采用焊缝处细密、远离焊缝处粗略的不均匀网格,除了施加整体与外界的对流散热条件外,还考虑了工件与夹具之间的传导换热,分析了焊接温度场在工件上的分布规律及工艺参数对焊缝成形的影响,并据此提出了提高不锈钢薄板激光焊焊接接头质量的方案.计算结果表明,熔池的尺寸随输入能量的变化较为明显,在激光加热0.05 s后材料开始熔化,熔池呈现大幅度增长趋势;焊接速度对熔深和熔宽的影响较为显著,熔宽随焊接速度的增加而逐渐减小,熔深几乎与焊接速度成反比,当焊接速度约为0.4 m/min时,熔深为0.5mm以上,工件熔透,且深宽比可达到2∶1.计算所得熔池大小与试验结果基本吻合.     

铝合金激光-MIG复合焊气孔缺陷影响规律研究

针对铝合金激光-MIG复合焊接气孔缺陷突出的问题,系统研究了激光功率、电弧电流、焊接速度、热源间距、离焦量等工艺参数对气孔缺陷分布、大小及含量的影响规律.研究结果表明:保证实现全熔透焊接时,激光功率对焊缝气孔缺陷的影响较小;气孔缺陷含量及大小均随电弧电流增加而增加,当电弧电流大于150 A时,因电弧压力较大,气孔缺陷主...     

匙孔内光纤激光致喷发蒸汽对焊接过程的影响

光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响.文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律.结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小.该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化.进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.     

AZ61镁合金CO2激光焊接工艺

采用CO2激光试验系统对AZ61镁合金的激光焊接工艺进行了研究.探讨了焊接工艺参数包括激光功率、焊接速度、正反面保护气体流量对焊接效果的影响.结果表明,通过适当地选择工艺参数可以获得比较理想的焊缝,并通过大量试验获得了较为优化的参数范围.     

不锈钢活性激光焊工艺研究

以不锈钢SUS304作为试验对象,分别研究了焊接速度、散焦离焦量、激光功率和保护气体等工艺参数以及活性剂和活性元素硫对不锈钢YAG激光焊焊缝成形的影响.试验结果表明,各焊缝表面成形良好,焊接速度和激光功率能明显影响焊缝成形,散焦离焦量和保护气体种类对YAG激光焊焊缝成形的影响较小.与硫含量较低的情况相比,活性剂和活性元素硫含量较高的情况下均能使得焊缝熔宽发生明显收缩,随着热输入量增加,活性剂增加熔深的效果也越明显,表明活性剂对熔深的影响效果与焊接过程的热输入量有密切联系.     

活性硫对高功率激光焊接焊缝成形的影响

文中试验研究了在万瓦级高功率光纤激光焊接厚板过程中添加表面活性硫粉对焊缝成形的影响及对焊缝微观组织的影响. 结果表明,表面活性硫粉的添加增加了熔池的浸润性和流动性从而形成了更长的焊接熔池. 负离焦焊接时,活性硫粉能增加焊缝熔深,且不受焊接速度的影响;而正离焦焊接时活性硫粉能增加焊缝熔宽. 高功率激光焊接过程能细化焊缝金相组织,且促使焊缝中铁素体比重增加;硫粉的添加则进一步促进了焊缝金相组织的细化及铁素体比重的增加.     

ST14钢激光拼焊板焊缝组织及成形性能分析

对1.5mm和0.8mm两种规格的ST14钢等厚激光拼焊板焊缝部位进行杯突试验,比较焊缝与母材杯突值;再对由这两种规格组合拼焊的不等厚激光拼焊板进行单向拉伸试验,检验拼焊板经拉伸后的断裂部位;分析焊缝区组织及其硬度变化,研究激光焊接参数变化对ST14钢拼焊板成形性能的影响.结果表明,焊缝深冲性能低于母材,焊缝杯突值受焊接速度影响,随焊接速度增加而增加;激光焊缝抗拉强度高于母材;对于1.5 mm拼焊板,提高焊接速度,加快焊缝冷却,有利于生成细小的针状铁素体,可提高激光拼焊板的成形性能;而0.8 mm板焊缝生成晶粒细小的粒状贝氏体组织,可使焊缝区材料成形性能接近母材;焊缝及其热影响区的硬度高于母材硬度.     

高强钢激光搭接焊接接头组织及显微硬度

采用光纤激光器对汽车工业中常用的双相钢HC450/780DPD+Z和低合金高强钢HC420LA进行激光搭接焊试验,探索焊缝附近微观组织和显微硬度转变,并研究不同焊接速度对焊缝显微硬度的影响。结果表明,焊缝附近微观组织主要包括熔化区、热影响区和母材三部分。焊接速度一定时,从母材到焊缝,HC420LA的显微硬度变化趋势为先增加后保持不变,HC450/780DPD+Z的显微硬度变化趋势为先增加后减小再保持不变。而随着焊接速度的增加,HC420LA焊缝显微硬度先增加后保持不变,HC450/780DPD+Z焊缝显微硬度先增加后减小。     

原位生成铝基复合材料的激光焊接

采用大功率激光器研究新型铝基复合材料TiB2/ZL101的焊接性能,TiB2粒子的存在增加了焊缝熔池粘度降低了熔池流动性,影响了焊缝成形,增加了气孔敏感性.焊缝中气孔主要来源于氢和复合材料中的残留盐.激光焊接过程中较大的冷却速度使得焊缝晶粒非常细小,TiB2粒子在焊缝中分布更均匀,没有出现粒子偏析,主要是因为TiB2粒子是属于纳米级,在凝固过程中被凝固界面前沿所捕获而没有被推移.TiB2粒子没有与铝基体发生界面反应生成脆性相Al3Ti及AlB2,TiB2粒子与Al基体界面结合较好.结果表明,激光焊接后没有破坏TiB2粒子的增强效果.     

激光与电弧相互作用时的电弧形态及焊缝特征

激光与电弧的复合热源在焊接过程中，由于激光的压缩与引导作用，可以在焊接速度增加时，电弧仍然较稳定。在去掉激光同轴保护气流而只采用TIG的保护气体进行保护时，由于激光同轴气体的冲击、压缩和冷却作用的消失，等离子气体将会随着电流、激光功率的增加而增大，因而引起焊缝横截面的变化。通过调整激光与电弧的规范参数，并用CCD摄取各参数下的电弧图像以分析等离子体的长大情况，然后将得到的焊缝沿横截面剖开。通过对各种参数下等离子体图像和焊缝横截面之间的相互的关系进行分析，得到与常规情况下相比熔宽较宽而熔深较浅的焊缝的焊接参数。这种产生涂敷型焊缝的参数可用于高速表层涂覆。     

镍-不锈钢复合板激光深熔焊工艺研究

采用30 kW超高功率光纤激光器对总厚度20 mm的镍-不锈钢复合板开展激光深熔焊试验,分析了激光功率、焊接速度和离焦量对焊缝表面成形的影响。结果表明,在离焦量-8 mm,焊接速度2.1 m/min保持不变的情况下,随着激光功率的增加,焊缝均得以实现单面焊背面成形,但存在表面下塌、飞溅和咬边缺陷;当激光功率为26 kW时,在焊接过程稳定阶段（除起弧和收弧位置）获得了背面成形均匀、连续、根部熔透良好的焊缝;当激光功率为25 kW、离焦量为-8 mm时,焊接速度范围在1.8～2.4 m/min时,焊缝表面出现塌陷及底部驼峰缺陷;当焊接速度为2.4 m/min时,焊缝部分位置未焊透,且焊缝稳定性差;随着离焦量从-3 mm到-10 mm变化,焊缝均被熔透,但存在飞溅、咬边和表面下塌缺陷。本研究为后续进一步优化激光深熔焊工艺提供了试验依据。     

铝合金激光-电弧双面焊接头特征分析

采用激光-电弧双面焊工艺进行铝合金焊接试验,发现该工艺不仅可以获得稳定可靠的焊接过程与美观的焊缝成形,还可以有效地增加接头熔深和降低焊接成本。主要研究了焊接参数对双面焊接头特征的影响。结果表明,激光功率增加时,双面焊两侧的熔宽都以同样的趋势增大;焊接电流增大时,电弧侧熔宽的增加趋势明显大于激光侧;增加激光功率或提高焊接电流都会引起焊缝最小熔宽的增大,且焊缝最小熔宽的深度也发生一定的变化。随焊接速度的提高,激光侧的深宽比增加,而电弧侧的深宽比减小。     

AZ31镁合金激光自熔焊工艺及接头的性能

采用对接激光自熔焊方法焊接4mm厚的AZ31镁合金,通过微观组织分析和力学性能测试研究了激光自熔焊工艺参数对镁合金激光焊接头焊缝成形、组织以及力学性能的影响.试验结果表明:采用试验范围内的工艺参数,可以获得焊缝成形良好、无明显焊接缺陷的接头.焊接速度从3 m/min增大到3.9 m/min,焊缝尺寸和接头抗拉强度变化较...     

DIGI—LAS激光焊接头在汽车及航空航天部件焊接中的应用

随着汽车、航空航天等行业激光焊接应用的发展,含有非平行直线或曲线焊缝的剪裁激光拼焊板件快速增长,柔性的机器人激光焊应用也随之增加.但目前的大多数关节式工业机器人尚难以有效地追踪重复性不足的焊缝.集成了激光视觉传感的DIGI-LAS激光焊接头系统特别适合这些机器人或专机的激光焊应用.DIGI-LAS系统配置了2个激光传感器,一个用于焊前搜索、定位焊缝及焊缝跟踪,另一个用于实时检测焊缝,包括焊缝的成形尺寸和探测表面缺陷.此外,DIGI-LAS的激光传感器能够记录机器人追踪焊缝的误差,在焊接时给予补偿,保证了机器人系统可以满足激光焊的精度要求.经过补偿后,在超过6 m/min的焊接速度下,系统追踪曲率半径为50 mm的曲线焊缝的对中误差小于100 μm.检测结果通过数字IO输出到机器人、PLC或外部的质量管理系统.自动的焊接质量检测有助于用户实现6σ的质量控制与管理.