高强钢激光诱导电弧增材制造工艺及性能研究

以高强钢焊丝AFEW 6-86为材料,采用低功率脉冲激光诱导电弧-TIG电弧增材制造方法,研究多层多道增材薄块试样的成形质量、不同位置的层间组织和力学性能。结果表明,低功率脉冲激光诱导电弧-TIG电弧增材制造的试样表面成形质量良好,内部结构致密且无明显缺陷;试件整体显微组织以粒状贝氏体为主,由于沉积层不同位置的冷却速率不同,顶层组织出现板条状马氏体,中部组织出现针状或羽毛状贝氏体;在拉伸性能方面,试件横、纵两个方向的抗拉强度与伸长率均存在差异,具有各向异性,两个方向的拉伸断口均为韧性断裂;在显微硬度方面,自下至上呈现先减小后增大的分层现象,整体硬度值在340.0HV~428.6HV之间波动。

镁合金的活性电弧焊接

在不同的电流条件下,研究了9种常见氧化物、氟化物、氯化物活性剂在镁合金交流氩弧焊及变极性等离子焊弧中的行为。结果表明:活性剂TiO2、Cr2O3、AlF3、NiCl2、CdCl2、ZnCl2、MgCl2使镁合金交流氩弧焊焊缝熔深增加;MgF2、SiO2使镁合金交流氩弧焊焊缝熔深减小;TiO2、SiO2、Cr2O3、AlF3、NiCl2、CdCl2使镁合金变极性等离子弧焊焊缝熔深增加;MgF2、ZnCl2、MgCl2使镁合金变极性等离子弧焊焊缝熔深减小;活性剂对镁合金交流氩弧焊焊缝熔深增加的作用大于对镁合金变极性等离子弧焊的;电弧收缩是活性剂使得镁合金电弧焊焊缝熔深增加的原因之一;活性剂的加入使得焊缝的晶粒比未涂敷活性剂时粗大。

镁合金活性TIG焊焊接接头组织特征分析

对活性化焊接 (A -TIG)方法在镁合金焊接中的应用进行了初步的探讨。选取TiO2 作为活性剂 ,研究了单一活性剂TiO2 对镁合金焊接后微观组织的影响。试验结果表明 ,涂敷单一活性剂TiO2 可以使焊缝熔深比常规的TIG焊增加 2倍。与未涂敷活性剂的焊缝相比 ,涂敷TiO2 活性剂可以增大焊接的熔深 ,减小熔宽。

铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律

为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律,利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本,通过二次回归方程建立了工艺参数(电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P)与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型,并研究了单个工艺参数对试件成形的影响,经验证发现模型预测效果较好.结果表明,当电弧电流大于106 A时,参数对层宽的影响顺序由大到小为,电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为,电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.

铸造镁合金A-TIG补焊工艺分析

文中研究了TIG、A-TIG焊接方法对铸件焊缝熔深和缺陷的影响规律,并完成模拟铸件孔洞类缺陷的补焊试验.结果表明,在TIG与A-TIG对不同尺寸孔洞愈合的试验中,在相同的焊接参数条件下,A-TIG愈合孔洞的深度明显高于TIG,且焊缝中无焊接缺陷;在相同的补焊熔深条件下,TIG焊接电流远大于A-TIG,同时出现热影响区(HAZ)组织恶化,焊接缺陷产生.分析表明,A-TIG补焊工艺性能优于TIG补焊工艺性能主要是由于活性剂与电弧、熔池的相互作用导致.

金属单质活性剂对镁合金A-TIG焊的影响

以4种金属单质镉、锌、钛和铬作为镁合金A-TIG焊的活性剂,分析了不同金属单质对焊缝形貌、电弧形态及电弧电压的影响.结果表明,与常规TIG焊相比,镉和锌活性剂均增加焊接熔深,钛活性剂对焊接熔深不起作用,铬活性剂反而减少焊接熔深;涂敷镉和锌时,焊接过程中电弧形态收缩,电弧电压增加;涂敷钛和铬对电弧形态和电弧电压基本没有影响.镉和锌活性剂增加镁合金A-TIG焊接熔深的主要机理可能是受二者熔沸点和第一电离能的影响,使得在交流电正半波期间电弧导电通道收缩.

AZ31B镁合金直流脉冲MIG焊接特性(英文)

采用直流脉冲MIG（DC-PMIG）焊接工艺及直径为1.6mm的镁合金焊丝,获得连续的3mm和8mm厚度的AZ31B镁合金焊接接头。研究镁合金DC-PMIG焊的熔滴过渡行为及机制、稳定焊接过程的参数范围、组织及力学性能。结果表明：镁合金DC-PMIG焊能够实现的熔滴过渡方式有3种,分别为大滴过渡、射滴过渡、射流过渡。大滴过渡会产生尺寸较大的焊接飞溅;当采用射滴过渡和射流过渡,且焊丝线能量为242~271J/cm、熔滴尺寸为1.6~0.9mm、熔滴过渡频率为30~69Hz时,能够获得焊接飞溅很少的高质量接头。焊接接头的最高极限抗拉强度为母材的94.6%。

金属氯化物A-TIG焊熔深作用机理

以KCl,MnCl2和ZnCl2三种金属氯化物为活性剂,在镁合金、铝合金及Q235钢表面进行交流A-TIG堆焊试验,从元素第一电离能的角度,研究了这三种活性剂对不同材料焊接熔深的影响规律,探讨了金属氯化物影响熔深的作用机理.结果表明,A-TIG焊过程中,氯化物中的金属元素能够进入电弧导电空间,并影响电弧状态,焊接熔深与活性剂中金属元素的第一电离能密切相关.金属氯化物对不同材料熔深的影响规律相同,均随着活性剂中金属元素第一电离能的增加呈现先增加后降低的趋势.

电弧增材制造工艺方法、增材焊料及后处理的研究现状

电弧增材制造以其沉积效率高、增材速度快的特点,在大型构件的增材制造中有很大优势,进一步发挥增材制造优势是未来重要研究趋势。介绍了电弧增材制造的工艺方法,对比不同方法的沉积效率和性能特点,指出激光诱导电弧增材和热丝增材可以显著提高增材效率;总结了添加剂和焊料对沉积件性能的影响规律,发现层间添加剂有助于提高沉积件的力学性能以及减少缺陷。此外由于各种工件需适用于不同的工作环境,新型增材制造焊丝的开发研究也十分重要;介绍了增材后处理对沉积件性能的影响。发现增材后轧制、热处理等后处理工艺对电弧增材制造性能的提升效果明显。

镁合金活性焊与活性焊丝焊接电弧光谱对比分析

以TiO_2和CaCl_2为活性剂,研究了传统活性焊以及活性焊丝焊接中熔深的增加作用,并分析了焊接过程中的电弧光谱行为。结果表明,采用传统活性焊方法以及活性焊丝焊方法均可以显著增加镁合金TIG焊的熔深,不同种类的活性剂增加熔深的效果不同,并且活性剂所处的位置不同,其增加熔深的效果也不相同。当使用TiO_2活性剂时,不管是涂敷在母材表面,还是涂敷在焊丝表面,均没有观察到其一次离子的谱线。而在活性焊丝焊接电弧中,观察到了Ca元素的一次离子的谱线,说明CaCl_2活性剂主要通过影响焊接电弧来增加焊接熔深,而TiO_2,活性剂增加焊接熔深的机理主要是影响熔池行为,对焊接电弧作用较小。

基于BP神经网络的中厚板焊接数据库系统设计

设计了一个包含多种焊接方式的中厚板焊接数据库系统,可满足不同用户的安全使用。系统采用数据库与算法模型相结合方式开发而成,主要有不同焊接方式、焊接位置的中厚板焊接工艺参数的增删改查、图片展示、分权限登录、安全备份等功能;在此基础上采用在数据库中嵌入BP神经网络算法建立通用模型的方法,实现随数据库内数据变化的实时、高效、准确的参数计算,能够预测新的焊接工艺参数和计算侧壁熔合深度等。

铸造镁合金ZM5的A-TIG多层补焊工艺与性能研究

采用了活性钨极氩弧焊(A-TIG)对铸造镁合金ZM5的中厚板进行多层补焊。研究了多层补焊时TIG,A-TIG焊接方法对铸件焊缝熔深和性能的影响规律。研究表明,采用TIG焊与A-TIG焊对不同坡口深度多层补焊,在相同的焊接参数条件下,A-TIG补焊深度明显高于TIG焊,且焊缝中无焊接裂纹缺陷;当补焊相同的熔深时,TIG焊焊接电流远大于A-TIG焊的,同时出现热影响区(HAZ)组织恶化、焊接裂纹缺陷、合金元素烧损。分析表明,A-TIG补焊工艺性能优于TIG补焊工艺性能,主要是由于活性剂与电弧、熔池的相互作用所致。

镁合金与铝合金的夹层扩散焊连接

采用锌夹层在356℃温度下对镁铝异种金属进行扩散焊连接,并对接头的微观组织和力学性能进行分析。结果表明,利用镁与锌原子互扩散形成低熔点共晶液相区,能够实现镁铝材料的可靠连接。镁铝焊接接头界面区由铝锌反应层、未充分扩散锌层、锌镁反应扩散层组成。铝基体侧铝锌反应层是固溶体层,镁基体一侧锌镁反应扩散层主要是过饱和的固溶体基体及弥散析出的中间相,该区的中间相成分为Mg2Zn11及MgZn2。锌夹层的加入可有效阻止镁铝之间的互扩散。锌夹层镁铝扩散焊接头抗剪强度远超过镁铝直接真空扩散焊接头的抗剪强度。断口观察及相分析表明,接头失效发生在锌镁反应扩散层。

活性剂对镁合金TIG焊接熔深的影响

根据最大熔深时TiO2,Cr2O3,CdCl2和ZnCl2活性剂中元素在焊缝中的分布分析了熔池的流动情况,在此基础上对上述4种活性剂对镁合金交流TIG焊接熔深的影响进行了研究．结果表明,这4种活性剂均可增加焊缝熔深,活性剂的涂敷量均有一个饱和值．加大涂敷活性剂后不同程度的改变了熔池中Mg,Al元素的分布．涂敷CdCl2,ZnCl2后在焊缝中没有观察到活性剂元素,而涂敷TiO2,Cr2O3后在焊缝中观察到了Ti,Cr,O元素,氯化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与电弧的相互作用,氧化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与熔池金属的相互作用．

TA15钛合金接头活性剂补焊的组织特征

采用现代测试手段分析TA15钛合金活性剂补焊接头微观组织特征,探讨钛合金焊缝采用活性剂多次补焊的可行性。结果表明:涂有活性剂补焊接头各区域结合良好,热影响区域小且与焊缝区过渡平缓,没有出现明显分界;涂活性剂焊缝区晶内组织并未因补焊次数的增加而粗大;焊缝接头主要元素Ti、Al、Mo、V和Zr均分布均匀,没有因采用活性剂而出现烧损和偏聚的现象;室温下补焊焊缝组织由-αTi组成;涂活性剂焊缝各补焊区硬度值接近,略低于正常焊缝区硬度。采用活性剂对钛合金可以进行多次补焊并能够获得高质量焊缝。

镁合金的低功率激光活性焊

试验研究几种常见活性剂对镁合金激光焊接过程的影响。结果表明,在低功率激光条件下,氧化物和氯化物活性剂能够增加镁合金激光焊接的熔深和深宽比。试验中,SiO2能够增加焊接熔深220%左右,证明通过使用活性剂来增加熔深,降低镁合金薄板激光焊接的成本是可行的;焊接热输入是影响活性激光焊熔深的重要参数;熔深增加的主要原因是活性剂微细粉末在激光作用初期增加对激光能量的吸收率。

镁合金活性焊丝TIG焊

选择单一成分的常见化合物作为活性剂,涂敷于焊丝表面形成活性焊丝,并进行TIG填丝焊接试验。结果表明,在镁合金活性焊丝TIG焊接过程中,活性剂仍能起到增加焊接熔深的作用。氯化物活性剂对熔深的增加效果最为明显,熔深较普通焊丝增加最大可达3倍以上。研究发现对镁合金TIG焊熔深增加效果好的活性剂的沸点集中于900℃附近区间。用活性焊丝焊接时熔滴与熔池金属的融合能力变差,填丝性能较普通焊丝相比有所降低。

激光功率对5356铝合金激光诱导MIG电弧增材制造组织性能的影响

为了改善MIG电弧增材制造5356铝合金的组织及力学性能,将低功率激光与MIG电弧增材制造结合,采用低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造技术进行了不同激光功率下5356铝合金单道多层墙体成形试验,分析了激光功率对沉积态5356铝合金组织、显微硬度及拉伸性能的影响.结果表明,低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象.墙体的微观组织主要呈等轴晶状,与单MIG电弧堆积的墙体相比,等轴晶变得细小均匀,显微硬度提高,波动较小.加入激光可以减少Fe元素、Si元素含量和气孔数量,使墙体的力学性能提高,当激光功率为300 W时达到最大值,较单MIG电弧堆积墙体的抗拉强度提高了12.0%.

TIG填锌丝对接焊接镁铝异种金属

采用普通TIG电弧作为焊接热源,对镁铝异种金属进行填加锌丝的对接焊试验.并利用金相显微镜、电子探针(EPMA)、万能力学性能拉伸机等现代分析手段对所得到的接头进行测试分析.结果表明,采用这种工艺得到了锌基的合金化焊缝,实现了6061铝合金和AZ31B镁合金的连接,焊缝主要由MgZn2和少量的铝、锌的固溶体构成,焊缝和铝合金母材之间不存在明显的过渡层,和镁合金母材之间有厚约20～100μm的过渡层.焊缝的硬度高于6061铝合金和AZ31B镁合金母材.对接接头的抗拉强度达到75 MPa.

镁合金中厚板变极性等离子弧焊工艺

以5mm厚变形镁合金AZ31B板材为主要研究对象,研究变极性等离子弧焊接镁合金的工艺特点,得到了合理的焊接参数变化区间,并在此基础上分析焊接工艺参数变化对焊缝成形及接头性能的影响。试验结果表明,镁合金变极性等离子弧焊的焊接参数变化区间比较窄,受参数变化的影响较大。改变极性时宽比和阴极清理时间,不仅使工件的清理作用发生变化,而且对接头的抗拉强度产生一定的影响。通过合理选择焊接参数,可以获得理想的焊接结果,接头强度达到母材的90%以上。