激光焊接的特性

激光焊接特性和激光焊接工艺有紧密的联系,掌握激光焊接特性、制定良好的激光焊接工艺过程才能够实现良好的焊接质量,因此研究激光焊接特性有很重要的意义。对光的波长和用途,特别是对激光的波长和用途作了较详细的说明。在激光焊接方面,以激光焊接热源—激光器,以及其输出特性—光束质量入手,来阐述不同种类的激光在不同输出功率下输出的光束质量的特性,结合实例对激光焊接的几大焊接特性以及激光焊接时容易出现的问题及解决方法进行了论述。阐述了激光焊接的发展前景。

激光焊接塑料的原理及特性

目前,激光焊接技术在制造业中应用非常广泛,激光焊接塑料的技术在最近几年也得到了迅速发展。本文主要概述了激光焊接塑料的方法及焊接特性,并以近红外激光的透过激光塑料和吸收激光塑料的特性,论述了透过激光塑料焊接(TTLW)的原理,综述了激光焊接塑料在汽车制造领域的应用状况及发展前景。

激光加工在汽车行业的应用

激光加工技术由于精度高、损耗少、应力小等优点,已被广泛和迅速地应用于汽车制造业。激光加工具有传统加工方式无法替代的众多优势,采用激光加工技术可以降低车身重量,提高车身的装配精度,增加车身的刚度,减少车身零件的数目,降低整车制造成本以及提高车辆安全性、乘坐舒适度及美观度等。

飞机发动机叶片激光熔覆性能

为了修复飞机发动机叶片(K417G)的铸造缺陷和损伤,采用了500W-IPG光纤激光熔覆系统将镍基合金粉末(RCF-201)熔覆到镍基高温合金K417G基体上.利用显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)和能谱仪(EDS)等分析了堆焊层的组织和成分,用显微硬度计分析了堆焊层硬度分布,用高温蠕变实验机分析了堆焊层高温蠕变性能.试验结果表明,熔覆层从熔合线到表面的组织依次由平面晶、柱状晶和等轴晶组成;熔覆层的组织为亚共晶组织,初晶相为富镍固溶体γ-Ni,共晶组织为γ-Ni+Cr_7C_3+Cr_(23)C_6+(Mo_(0.54),Ti_(0.46))C;熔覆层的硬度约为650 HV,约是母材硬度(350 HV)的1.86倍;在950℃/235 MPa条件下,激光熔敷试样的蠕变寿命最长约为26.17 h,且断裂位置位于母材.

激光-电弧复合焊接高强钢的性能

为了研究焊接参数对激光-电弧复合焊接性能的影响,采用了2 k W光纤激光器和MAG(熔化极活性气体保护焊)复合焊接780 MPa高强钢板,通过高速摄像机观察了熔滴过渡形式及激光(或电弧)先导的等离子体形态,研究了激光(或电弧)先导的特性、激光与电弧间距离、离焦量、MAG电流和熔滴过渡形式对激光-电弧复合焊接性能的影响.结果表明,电弧先导的焊缝成形更好;等离子体不仅影响焊缝形状,而且影响激光-电弧间最佳距离;激光与电弧间距对熔宽的影响较小;焊接电流影响焊缝形状和熔深,随着焊接电流的增加,熔深增加,当离焦量为-2 mm时熔深最大.

激光3D打印工艺对钛合金质量的影响

为了解决传统锻造方法锻造TC4钛合金时容易造成的生产效率低且锻造形状简单等问题,对TC4钛合金进行了激光3D打印,并确定了最佳激光3D打印工艺参数.利用金相显微镜和扫描电子显微镜对TC4钛合金单道打印层的成形质量、显微组织与相组成进行了分析.利用显微维氏硬度计和万能拉伸试验机测量了打印层的硬度和拉伸力学性能.结果表明,在最佳工艺参数下TC4钛合金打印成形良好,其打印层组织主要由片层状α固溶体组成.打印层的Z向拉伸强度指标低于XY向,而Z向拉伸塑性指标高于XY向,且Z向强度和塑性指标均超越了TC4锻件国家标准(GB/T 25137-2010).同时Z向和XY向拉伸断口形貌均为塑性断口.

冷却速度对电弧增材制造TC4组织性能的影响

电弧增材制造(WAAM)技术兼具生产效率高和成本低的特点,但为保证其生产的零部件的综合性能,往往需要进行后续的热处理。文中采用WAAM技术制备了TC4试样,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机及硬度仪研究了冷却速度(950℃/2 h/WC水冷、950℃/2 h/AC空冷、950℃/2 h/FC炉冷)对TC4组织与性能的影响。试验结果表明,WC、AC及FC冷却方式下TC4试样的组织均由初生α相和β相组成,其中WC冷却方式得到的β相较多;TC4试样的组织由下至上均呈现逐渐粗化的倾向;随着冷却速度的降低,初生α相有粗化趋势,TC4试样抗拉强度降低,塑性提高;950℃/2 h/AC WAAM TC4试样力学性能超越了铸件国标要求;拉伸试样断口形貌均为塑性断裂。

激光熔覆钴基合金与碳化钒的功能梯度层

采用光纤激光器和同轴送粉系统在SUS304不锈钢表面制备出钴基合金(Stellite-6)与碳化钒(VC)混合粉末的激光熔覆层。试验中分别采用每层成分不变的多层熔覆工艺(普通熔覆工艺)和每层成分变化的功能梯度熔覆工艺,对比研究了两种熔覆工艺方法的熔覆层裂纹敏感性、组织特征和性能。结果表明,功能梯度熔覆层与普通熔覆层相比较,在成分、组织和性能基本相同的情况下,裂纹敏感性低,能有效地防止裂纹出现;另外,Stellite-6与VC混合合金粉末熔覆层的显微组织根据VC含量的不同,可以分为亚共晶组织和过共晶组织。

基于Moldflow的分离罐浇口位置方案分析

基于模流仿真软件对分离罐产品进行模流分析,结合产品工艺参数,设计三种浇口位置方案,根据流动前沿温度、熔接线、缩痕估算和充填时间的分析结果,优选出一种方案,并设计一种爪形浇口并结合浇注系统进一步模拟分析。结果表明:采用方案三(浇口在底部区域),流动前沿温度的温差与缩痕值均最小,熔接线较少,填充时间与方案一(浇口在顶部边缘环处)接近。爪形浇口流动前沿温度的温差较方案三降低了15.2%,充填时间较方案三缩短了9.4%。浇口位置应靠近中轴线与产品复杂结构区域附近以降低成型缺陷。本实验缩短了分离罐产品设计周期,降低了模具制造成本,实现了均匀型腔温度、降低成型缺陷、提升成型质量的目的,为分离罐浇口位置选取与其模具制造提供借鉴。

SUS304不锈钢窄间隙激光填丝焊性能

采用窄间隙全固态光纤激光填充热丝焊接方法取代了以往的窄间隙非熔化极气体保护焊(TIG)填充热丝焊接方法,焊接板厚为20mm、材质为SUS304奥氏体不锈钢。初步确定适合于窄间隙激光填充热丝焊接的坡口形式和焊接工艺参数;通过试验,研究分析焊缝金属组织中气孔和结晶裂纹产生的原因;调整工艺参数,在优化后的最佳工艺参数下,获得了热影响区域小、表面成形性好、无焊接缺陷的焊接接头;焊缝金属为细小的奥氏体柱状晶,与母材形成良好的连接;焊接变形小,满足了焊接变形要求;焊缝金属的显微硬度略高于母材,拉伸性能和弯曲性能均满足试验要求,获得了力学性能良好的焊接接头。

选区激光熔化增材制造In718合金的激光焊接性能

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和力学性能试验等研究了选区激光熔化(SLM)In718合金的激光焊接接头的组织和性能。结果表明:SLM In718合金的激光焊接接头的宏观质量较好,没有发现冶金缺陷的存在。未热处理时,In718合金的SLM构件的组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为5μm×2μm;激光焊接SLM构件的焊缝组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为25μm×5μm;焊缝区显微硬度均值约282 HV,是SLM母材均值335 HV的84.2%;不同厚度焊接试样的抗拉强度为970~983 MPa(均达到SLM母材95%以上),伸长率为20.2%~22.6%(为SLM母材65%以上);固溶+时效处理后,焊接试样抗拉强度均值为1412 MPa(约为SLM母材的98.9%),伸长率均值为13.5%(约为SLM母材的93.7%),与未热处理相比,SLM母材和焊缝显微硬度值分别提高了55.2%和77.3%。

固溶时效处理对激光3D打印TC4合金组织与性能的影响

采用激光3D打印技术制备了TC4合金试样,研究了固溶时效处理对激光3D打印TC4合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随着固溶温度升高,初生α相的粗化现象越发明显;随着固溶时间延长,α相转变为β相的数量增多;随着时效温度升高,残余β相中析出的次生α相的长宽均有所增加;随着时效时间延长,次生α相的体积分数有所增加;在时效处理过程中,初生α相中析出了次生网状β相,初生α相之间的β相中析出了次生α相,这两种次生相的析出会影响试样的性能。在950℃/1 h/WQ+550℃/4 h/AC固溶时效条件下处理后,钛合金的室温抗拉强度为990 MPa,屈服强度为920 MPa,伸长率为11.5%,断面收缩率为27.5%,达到了锻件的国标要求;沉积态和固溶时效态拉伸试样的断口上均布满了韧窝,均为塑性断裂。

激光选区熔化TC4钛合金点阵结构的压缩性能

通过增材制造成型复杂晶格结构,实现航空航天结构件的轻量化设计得到越来越多的应用,然而点阵结构设计及其性能评价仍欠缺。本研究采用金刚石结构为基体,以点阵密度、结构形式为目标,设计不同几何参数试样,并以TC4钛合金为对象进行激光选区熔化(SLM)成型。对成型试样进行压缩试验,研究这种结构不同尺寸试样压缩性能的差异。结果表明:金刚石点阵结构试样受到载荷后应力在连接节点位置集中,产生断裂。提高晶胞密度可以缓解应力集中现象,提高比强度。减小晶胞尺寸和添加外壳都可以使应力均匀化,提高性能稳定性。小晶胞尺寸试样对球化现象、孔隙等冶金缺陷较为敏感,造成强度的下降。

激光增材制造Ti6Al4V-Inconel718功能梯度材料的成分变化和微观结构演变

利用激光增材制造技术制备了Ti6Al4V/Inconel718功能梯度材料,研究了该梯度材料的成分及相组成、显微组织和显微硬度的变化。研究表明:沿组成梯度方向发生了一系列相变:α+β→β+Ti2Ni+TiCr2+Ti-Fe→β+TiNi+TiCr2+Ti-Fe→γ+Laves,过渡层主要是由TiNi和Ti2Ni以及Ti-Cr和Ti-Fe等二元相组成的混合体;沿材料底部至顶部微观组织发生了由魏氏α片层组织转变为等轴β晶组织,再由等轴β晶组织外延生长为细小树枝晶组织;显微硬度结果表明:硬度的增加主要与α相体积分数的减少,β相及Ti-Ni、Ti-Cr和Ti-Fe析出相的增加,以及固溶硬化和晶粒细化作用有关,本研究中最大值为8230 MPa。

激光熔化沉积Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层组织演变行为研究

采用激光熔化沉积技术制备了组织致密,无裂纹、无孔洞等缺陷的Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等分析技术对梯度涂层的显微组织、成分及相变进行研究。结果表明:随着成分梯度的变化,涂层的显微组织由片层α和β相组成的片层组织转变为等轴组织,且随着镍基合金含量的增多,合金元素数量增多,液相熔池中的溶质浓度增加,成分过冷明显,形核率增大,组织进一步细化;梯度耐高温涂层的相组成发生了如下变化:α+β→α+β+Ti2Ni→Ti2Ni+β→Ti2Ni+CrNi2+γ-Ni,在晶间区域内存在β-Ti与Ti2Ni离析共晶,此外还存在CrNi2相;随着Inconel625含量增加,梯度涂层的硬度增大,当镍基合金的体积分数为100%时,在共析强化和固溶强化的共同作用下,硬度达到峰值855 HV;梯度涂层的硬度主要与β相、Ti2Ni析出物和CrNi2化合物以及溶质元素的含量有关。

旋转电极与真空气雾化制粉工艺的In718材料直接金属沉积性能对比

分别对使用等离子旋转电极工艺与真空气雾化制粉工艺所生产的In718合金粉末进行直接金属沉积(3D打印),并对其沉积过程、成型件组织形貌进行对比测试。试验结果表明:对于In718材料而言,在组织致密度上旋转电极工艺粉末综合性能均高于气雾化工艺粉末。但在制造过程中进行材料选择时,应根据两种制粉工艺下的粉末成本及性能综合考虑。