Novel hybrid method: pulse CO_2 laser-TIG hybrid welding by coordinated control

In continuous wave CO2 laser-TlG hybrid welding process, the laser energy is not fully utilized because of the absorption and defocusing by plasma in the arc space. Therefore, the optimal welding result can only be achieved in a limited energy range. In order to improve the welding performance further, a novel hybrid welding method--pulse CO2 laser-TIG arc hybrid welding by coordinated control is proposed and investigated. The experimental results indicate that, compared with continuous wave CO2 laser-TIG hybrid welding, the absorption and defocusing of laser energy by plasma are decreased further, and at the same time, the availability ratio of laser and arc energy can be increased when a coordinated frequency is controlled. As a result, the weld appearance is also improved as well as the weld depth is deepened. Furthermore, the effect of frequency and phase of pulse laser and TIG arc on the arc images and welding characteristics is also studied. However, the novel hybrid method has great potentials in the application of industrials from views of techniques and economy.

铝合金双光束/单光束激光-TIG复合焊

针对4mm厚5A06铝合金,分析了双光束光纤激光-TIG复合焊的焊缝成形特点、气孔率、匙孔动态特征及接头力学性能,并与单光束光纤激光-TIG复合焊对比。结果表明,在获得相同焊缝背面熔宽条件下,与单光束激光-TIG复合焊相比,双光束激光-TIG复合焊的焊缝背面成型连续性、均匀性更优且熔宽波动较小,焊缝气孔率降低50%以上,激光匙孔开口面积平均值更大,波动变异系数更小;双光束激光-TIG复合焊接头抗拉强度、断后伸长率、显微硬度、组织与单光束激光-TIG复合焊结果差别不大。

低功率激光-TIG电弧复合焊接不锈钢熔深研究

建立了一套低功率YAG脉冲激光-TIG电弧复合热源焊接系统,并用本系统对不锈钢1Cr18Ni9Ti进行焊接,研究了3种热源作用下不锈钢的焊缝熔深。通过引入焊缝有效热输入概念,对复合热源影响熔深的机理进行了分析。

304不锈钢激光K-TIG复合焊接电弧特性的研究

针对4 mm厚度304不锈钢板开展激光K-TIG复合焊接实验,利用高速摄像和图像处理技术采集电弧形态,分析和探索各工艺参数对电弧形态的影响规律。实验结果表明:电弧形态稳定与否的关键是能量配比,当激光焦点距离阳极较近时,由于电弧与试件有效接触面积变大,导致电弧吸收激光能量增加,电弧趋于稳定;当激光焦点作用于阴极附近时,电弧变得发散,稳定性下降。实验得到的最佳热源间距为0~3 mm,最佳离焦量为0 mm。

铝合金CO_(2)激光-TIG电弧复合焊接试验研究

以LF6铝合金为材料,开展了CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验研究。试验结果表明,与单激光或TIG电弧比较,激光-TIG复合焊接可以提高焊缝熔深,改善焊缝成形,降低气孔和下塌等焊接缺陷。在此基础上,进一步研究了不同工艺参数对焊缝成形的影响,探索了铝合金激光-TIG电弧复合焊接的可行性。

小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4ms、峰值300W、频率15Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。

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。

镁合金焊接技术研究进展

介绍了镁合金先进焊接工艺,包括A-TIG焊、电子束焊、激光焊、激光-电弧复合焊和搅拌摩擦焊。针对镁合金焊接的特点,提出了有效的焊接工艺。实践表明,上述几种焊接方法均具有独特的优越性,可有效地解决镁合金焊接所面临的难点。

激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征

为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果.

气体保护对304不锈钢激光-CMT电弧复合热源焊接接头冲击韧性的影响

以20 mm厚304不锈钢为研究对象,在纯Ar气保护条件下,研究了气体保护效果对激光-CMT电弧复合热源焊接接头冲击韧性的影响,并将试验结果与TIG填丝焊进行对比。结果表明,气体保护效果对冲击韧性产生重要影响,当保护效果较好时,焊接接头的冲击韧性较高,基本达到TIG填丝焊的水平。

活性剂对不锈钢YAG激光-电弧复合焊接的影响

以8mm厚的热轧态不锈钢1Cr18Ni9Ti为试验对象,分析了激光和电弧2种热源共同作用下单质活性剂(SiO2、TiO2、CaF2)对YAG激光-TIG电弧复合焊接的影响。结果表明:这3种活性剂都能不同程度地增加焊缝熔深,其中SiO2、TiO2可使熔深显著增加;结合电弧形态、测温曲线峰值温度综合分析发现,活性剂的加入使电弧收缩是增加焊缝熔深的主要原因,其次是活性剂对激光等离子体存在抑制作用,两者表现出激光-TIG电弧复合活性剂焊接的焊缝中心测温曲线的峰值温度与焊缝熔深以及深宽比同时增加。

大光斑半导体激光-TIG电弧复合表面熔覆方法

针对现有表面熔覆方法所采用的单一热源特性调控范围窄,熔覆效率低,稀释率大,裂纹倾向明显,成本高等问题,提出采用一种大光斑半导体激光与TIG电弧复合热源可调控的表面熔覆方法。以Q235为母材,在建立的热源可调控试验系统上,进行大光斑半导体激光热源、大光斑半导体激光与TIG复合热源表面熔覆Co06粉末工艺试验,分析了不同热源及参数对于熔覆层形貌、宏观尺寸、稀释率等成形特征的影响规律。结果表明,相比大光斑半导体激光熔覆,大光斑半导体激光与电弧复合表面熔覆方法,可以显著降低所需激光功率,在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本。70A＋500 W复合熔覆层表面和剖面形貌,与1 300~1 500 W大光斑半导体单激光的熔覆效果基本相似,高宽比减小35%,稀释率减小27%。通过对复合热源特性的调控,可有效提高生产效率,为高性能的表面熔覆提供一种新方法。

激光空心TIG同轴复合电弧特性数值模拟

利用GAMBIT软件建立了光纤连续激光和内径为2 mm空心Tungsten Inert Gas(TIG)电弧在稳态条件下的激光同轴复合电弧数学模型,对其进行分区域网格划分,最小网格长度为0.1 mm;用FLUENT软件中的用户自定义函数(UDF)功能添加了激光热源、动量方程源项、能量方程源项和材料物理性能设置,计算得到了150 W功率激光和118 A电流下同轴复合电弧的温度场、速度场及电弧空间压力、电场和磁场分布,并与相同条件下的空心单TIG电弧作了对比。结果表明:激光同轴复合电弧温度场变化明显,最高温度和高温区面积显著增加,电弧能量密度显著提高,熔透能力大大增强;由于激光同轴复合电弧温度升高和钨极腔内压力增大,电弧中上部等离子体流动速度明显加快;激光同轴复合电弧的电弧压力降低,电磁场强度减小,电弧静压力减小。最后用实验验证了模拟结果的可靠性。

建筑钢/铝的激光-电弧焊铆与组织性能

采用激光-TIG电弧复合热源对建筑用Q460钢/6061铝合金进行了焊铆复合连接,研究了直流TIG电流对铝/钢焊铆复合接头成形、接头形貌和力学性能的影响。结果表明,直流TIG电流为75~115 A时,钢/铝焊铆复合接头试样都成形良好,焊点及周围区域未见异常裂纹、气孔等焊接缺陷;随着直流TIG电流从75 A增加至115 A,焊点未熔区域面积逐渐减小、铝板焊接熔深逐渐长大,钢/铝焊铆复合接头的拉剪载荷先增大后减小,在直流TIG电流为95 A时取得最大值;直流TIG电流为75 A时,钢/铝焊铆复合接头呈纽扣断裂形态,其余接头呈拉拔断裂形态;适宜的直流TIG电流为95 A,此时焊点成形良好,焊接熔深为350 mm,拉剪载荷为5.52 kN。

激光干预对镁合金焊缝成形性与力学性能的影响

采用激光-氩弧复合焊技术焊接ZM5镁合金,研究激光-氩弧复合焊与钨极氩弧焊对镁合金焊缝成形性与力学性能的影响。成形性分析表明:在焊接速度为5、15 mm/s时,激光-氩弧复合焊能得到良好的焊缝,且无气孔缺陷;而钨极氩弧焊不适于高速焊接,且气孔缺陷明显。抗拉强度分析表明:激光-氩弧复合焊缝平均抗拉强度为246 MPa,屈服强度为94.53 MPa,断裂伸长率为2.48%,均大于钨极氩弧焊,且2种焊缝均呈韧性-脆性混合断裂。硬度测试分析表明:激光-氩弧复合焊缝区平均硬度为63 HV0.05,热影响区硬度值与母材区相当,约为55 HV0.05,均高于钨极氩弧焊的硬度。上述分析说明:激光的干预有利于提高镁合金焊缝成形性和力学性能,适用于焊接速度要求高、情况紧急时的焊接,这为装备镁合金零部件体积和结构损伤的修复与再制造提供了数据依据。