纵向磁场对316L不锈钢窄间隙激光-MIG多层焊接接头微观组织与疲劳裂纹扩展的影响

研究了外加纵向恒定磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙激光-MIG多层焊接接头成形、奥氏体和铁素体微观组织以及疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:在磁场作用下,接头上部复合焊接层的熔深减小,熔宽增大,下部复合焊接层的对称性提高,但上、下部焊接层的面积和层间重熔面积无明显变化;磁场的加入导致了不同的熔合线形状,改变了熔合线附近组织的生长方向,改善了熔合线附近母材的热循环,减小了焊接热影响区的宽度并抑制了晶粒的粗化;磁场可以促进层间胞状晶向树枝晶转变,改变铁素体枝晶的形态,细化层间和层内奥氏体组织;焊缝组织细化可以增大层间组织疲劳裂纹扩展的阻力,降低接头的裂纹敏感性。

厚板高功率激光切割重铸层微观组织研究

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征,基于扫描电镜和电子背散射衍射仪,分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明:重铸层表面的Fe元素少量蒸发,从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变,厚度逐渐增大,组织呈现为分层的针状晶形态;对于晶体取向,切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部,前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起,后者的外延生长由熔体层流引起;母材中的γ相为等轴晶形态,δ相呈带状分布;重铸层中γ相的晶粒形态不规则,粗化至母材的2倍左右,而δ相则弥散分布,细化至母材中δ相尺寸的1/6~1/2;组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间,同时,熔体扰动促使δ相弥散分布。

纵向磁场对窄间隙焊接接头微观组织的作用

研究0 mT和18 mT纵向磁场作用下316L奥氏体不锈钢接头的微观组织,主要分析了熔合线、柱状区和中心区奥氏体相和铁素体相的形态和织构变化。当磁场强度由0 mT变为18 mT时,上部复合焊接层由"T字形"变为"三角形",这种变化使热量传递方向不易在热影响区汇聚,提升了固液前沿的温度梯度;在熔合线处,磁场的加入使δ相的生长方向由[100]转变为[203],偏离熔合线的法向([100]),晶体织构由(016)[2—10]转变为(233)[3—20],但温度梯度的上升使[100]晶体方向分布的集中程度上升;在焊缝的柱状区位置,磁场的加入使δ相的生长方向由[100]转变为[212],偏离理论温度梯度方向([100]),晶体织构由(031)[9—13]转变为(3102)[2—12],同时δ相与γ相之间的特殊取向关系增多。在焊缝的中心区位置,磁场的加入使δ相的生长方向由[105]转变为[103],逐渐偏离理论温度梯度方向([001]),晶体织构由(100)[0—15]转变为(100)[031],同时δ相与γ相之间的特殊取向关系减小。

14μm芯径激光搅拌焊接铝合金工艺研究

以14μm小芯径激光作为热源,通过分析搅拌焊接过程中运动轨迹与能量密度的变化,开展了2 mm厚2A12铝合金激光焊接的工艺研究。结果表明:相同参数下14μm小芯径激光焊接中的峰值能量密度最高为100μm芯径激光的15倍以上;在未焊透母材前,随着搅拌频率和焊接速度的变化,接头的深宽比维持在0.68,这得益于14μm小芯径激光的匙孔生成阈值是常规100μm芯径激光的19.1倍,是200μm芯径激光的54.0倍;不同焊接参数下,焊缝未发现明显气孔、裂纹缺陷,最终在焊接速度为20 mm·s-1、搅拌频率为200 Hz时,获得了表面成形质量最佳的焊缝。

不锈钢光纤激光间隙搭接焊信号分析

基于自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统,实现不锈钢光纤激光焊接过程中搭接间隙的监测。研究发现,当激光搭接焊接过程中出现间隙时,对焊缝的横截面形貌影响较大,但小孔熔深几乎不受影响。但实时监测到的光信号时域幅值及时频域上频率的分布有着明显的变化。利用相关的信号处理方法对信号进行了初步分析,阐述了搭接间隙对光信号的影响规律及机制,同时也为分析搭接过程中等离子体和熔池的动态行为提供了依据。

激光和磁场对窄间隙电弧形态与焊缝成形的作用

研究了外加激光和磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙弧焊的影响。结果表明,窄间隙弧焊的电弧在窄间隙中难以稳定存在,无法对坡口底部尖角进行加热。在合适的激光功率下,窄间隙中的电弧能够稳定燃烧;但过大的激光参数会使电弧上移,也无法对坡口底部尖角进行加热。在恒定磁场的作用下,窄间隙中的电弧向一侧偏摆,超出窄间隙范围,另一侧则无法填满窄间隙。随着磁场强度的增加,此种不对称现象更明显。在交变磁场的作用下,电弧的左右偏摆交替出现,形态与恒定磁场的作用几乎一致。在激光的作用下,光致等离子体使电弧在小孔处聚集和稳定燃烧;加入磁场后,带电粒子发生旋转,而其在电弧中的不均匀分布使电弧在左侧或右侧聚集。因此,磁场方向的改变使电弧在左右两侧交替偏摆。