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。

低功率YAG激光—MAG电弧复合焊接不锈钢

以0Cr18Ni9Ti不锈钢钢板为试验材料,研究了低功率脉冲YAG激光—脉冲MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢。结果表明,低功率脉冲YAG激光—脉冲MAG电弧复合热源同样具有大功率激光—电弧复合焊接才有的增加熔深、提高焊接速度、稳定焊接过程等优点;低功率脉冲YAG激光的加入改变了电弧形态,电弧根部被吸引和压缩现象显著,提高了能量利用率;与单脉冲MAG堆焊相比,在相同焊接速度下复合焊最大能增加熔深1.3倍,在相同熔深下复合焊的焊接速度可以提高50%;复合焊焊缝的晶粒较单MAG焊缝中的晶粒细小,其焊缝抗拉强度比单MAG的好,断裂属于延性断裂。

激光-电弧复合热源焊接研究及应用现状

激光-电弧复合热源焊接可以增大焊接熔深,提高焊接速度,增大装配间隙,是一种很有前途的新型焊接热源。本文介绍了激光-电弧复合热源焊接这一焊接方法的发展、特性、复合形式、机理及研究应用现状。

激光-电弧复合热源焊接技术

具有焊接质量好、焊接速度快等优点的激光-电弧复合热源焊接技术,已经广泛地应用于汽车、航空等工业的薄壁金属焊接中。然而,常用的激光源价格昂贵、体积庞大并且电-光转换效率低,大大限制了复合焊技术的推广和应用。新一代高性能激光-光纤激光的开发和应用拓宽了激光-电弧复合热源焊接技术的应用范围,使其更易于实现工程化。通过介绍当前世界上激光-电弧复合热源焊接技术的应用和研究情况,展现了激光-电弧复合热源焊接技术广阔的应用前景,阐述了其发展方向。

激光-电弧复合热源焊接

在激光热源的基础上复合电弧进行焊接,可以降低焊接成本,提高焊接效率。本文综述了激光-电弧复合热源焊接国内外研究的现状,对旁轴式和同轴式两种复合方式进行了分析比较,并展望了该技术的发展前景。

高强钢激光-电弧复合热源焊接技术及应用

国内最早从事大功率固体激光加工技术研究并最先建立先进激光加工技术中心的单位之一。

钛合金激光-电弧复合热源焊接工艺

对钛合金厚板进行激光-电弧复合焊接,并对焊接接头能进行试验研究,结果表明,激光-电弧复合热源焊接新工艺实现了对钛合金厚板的优质高效连接,焊接接头的抗拉强度平均在950 MPa以上,达到母材强度的95%以上;平均冲击强度高于567.3 kJ/m^2;疲劳强度在600 MPa水平可达0.7～1万次,550 MPa水平可达3～6万次,500MPa水平可达7～12万次。

低碳贝氏体钢激光-电弧复合焊接工艺及组织性能研究

采用10kW激光器对10mm厚低碳贝氏体钢进行激光-电弧复合焊接,探究激光功率、送丝速度、焊接速度对成型的影响规律,优化焊接工艺,分析研究激光-电弧复合焊接接头各微区组织、硬度、拉伸、冲击性能。结果表明,优化的工艺参数区间为:激光功率4.0〜4.3 kW,送丝速度13〜13.5 m/min,焊接速度14〜15 mm/s;焊缝组织主要为板条贝氏体、针状铁素体和少量马氏体,热影响区组织以板条和粒状贝氏体为主,还有较少M-A组元、铁素体、马氏体;由于焊接热循环作用,硬度存在明显差异,热影响区硬度最高,其次是焊缝,两者均高于母材;焊接接头拉伸破坏都发生在远离焊缝的母材,断裂位置出现明显的颈缩现象,焊接接头拉伸性能好;相对于母材,各微区冲击韧性明显降低,热影响区较好,焊缝最低。总体而言,焊缝区强度高、韧性低,热影响区强度低、韧性高。

焊后热处理对6061-T6铝合金激光-电弧复合焊接性能的影响

6系铝合金熔焊中接头强度低主要是由于接头中易出现气孔和热影响区软化造成的。首先用激光诱导电弧复合热源在5 mm厚6061-T6铝合金板材上进行堆焊,研究铝合金在不同工艺参数下接头中气孔的变化规律;然后采用复合热源对3 mm厚铝合金进行冷填丝对接焊,为消除接头软化区,对接头进行530℃×1 h固溶处理+水淬+185℃×6 h时效处理,并对接头的力学性能、断口特征、显微组织进行分析。结果表明:通过调节焊接工艺参数,焊缝中的气孔可以得到控制,进而得到无气孔的接头;热处理前复合焊接接头强度为母材的63.9%;热处理后,接头的强度达到母材的85.2%,接头薄弱区(热影响区中的过时效区)得到消除。

激光功率对CO_2激光-MAG电弧复合焊电弧与熔滴行为的影响

采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像,利用电弧分析仪记录电弧信号,通过试验深入研究激光功率对CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas,MAG)电弧复合焊接的电弧形态、焊接稳定性、熔滴过渡频率的影响。研究表明,焊接电流的增加减小了实际热源间距,并且实际热源间距在2 mm附近效果最佳;带电粒子在主辅导电通道内的运动产生扰动或漂移、焊接模式的跳变和过渡模式的改变是电流、电压波形出现紊乱和尖角波形的主要原因;激光的加入降低了熔滴过渡频率和过渡稳定性;焊接电流为160A、180 A时,激光-电弧复合焊接的熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而先减小后增大,但其过渡频率介于160 A和180 A电弧焊接时熔滴过渡频率之间。

铝/钢异种金属Nd:YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺

铝与钢异种金属的优质高效焊接一直是焊接领域的一项技术难题。针对铝与钢焊接的技术困难和特点,提出了可实现铝与钢熔-钎连接的大光斑激光-电弧复合热源焊接方法,用该焊接方法实现了5A02铝合金板与镀锌钢板的优质高效连接。试验结果分析表明,接头钢母材未发生熔化,焊缝与钢母材为钎焊连接,拉伸试样的破坏位置发生在接头铝母材热影响区,接头的抗拉强度与铝合金电弧熔化焊接头强度相当。

激光—MAG电弧复合热源焊接过程的影响因素

针对激光-MAG电弧复合热源焊接过程的几个主要影响因素展开了研究。通过焊接电弧分析仪发现激光-MAG电弧复合热源焊接时,光斑-焊丝之间的距离为1 mm时,焊接电弧最稳定。通过对熔深、熔宽的分析发现,复合后熔深能够增加1.5倍以上,并且激光-短路过渡电弧MAG复合热源焊接还能够改善焊缝的润湿性,增加熔宽,减弱焊缝的咬边现象,与单独激光焊接时相似,当激光的焦点位于工件表面以下1mm时,熔深达到最大值。

激光电弧热源复合模式对301L不锈钢焊接接头性能的弱化机制

激光电弧复合焊在传统的激光填丝焊基础上加入了电弧形成复合热源,导致电弧区产生热量积累,造成焊缝晶粒粗大,并弱化了焊接接头的强度和断后伸长率,促使焊接结构的服役安全性能大幅降低.通过建立三维熔池温度模型及力学性能分析阐明了激光与电弧协同热作用对焊接接头强度和断后伸长率的影响规律.结合焊缝的晶粒尺寸、晶界取向差分布、织构强度从微观晶体学角度揭示了焊接接头强度和断后伸长率的弱化机制.结果表明,电弧介入促使复合热源产生热积累,降低熔池温度梯度,强化了晶粒的择优取向生长及织构强度,导致接头各向异性,从而使焊接接头的断后伸长率降低2%.较低的温度梯度会延长熔池冷却时间,促使晶粒长大和大角度晶界减少,不利于阻碍位错滑移,导致焊接接头平均屈服强度降低35 MPa,极限抗拉强度降低66 MPa.并且随着焊接电流的升高,熔池高温停留时间延长,接头晶粒及织构强度增大,接头强度和断后伸长率继续降低.

“大功率固体激光与电弧复合热源焊接技术”首次实现国产化设备的工业应用

近日，机械科学研究院哈尔滨焊接研究所承担的哈尔滨市科技攻关项目“大功率固体激光与电弧复合热源焊接技术”顺利通过验收。 通过本项目研究，哈焊所在国内率先掌握了大功率固体激光－熔化极电弧复合热源焊接核心技术及装备集成技术，解决了大幅面薄壁高强铝合金结构件的焊接接头软化严重、焊接变形突出等关键技术问题，首次成功地将大功率固体激光－双丝熔化极电弧复合焊接技术及装备用于我国的高端装备制造业，填补了国内空白，实现了我国在激光－电弧复合自动化焊接技术上的跨越发展，技术成果的整体水平达到了国内领先、国际先进水平。

“大功率固体激光与电弧复合热源焊接技术”首次实现国产化设备的工业应用

近日，机械科学研究院哈尔滨焊接研究所承担的哈尔演市科技攻关项目“大功率固体激光与电弧复合热源焊接技术”顺利通过验收。 通过本项目研究，哈尔滨焊接研究所在国内率先掌握了大功率固体激光一熔化极电弧复合热源焊接核心技术及装备集成技术，解决了大幅面薄壁高强铝合金结构件的焊接接头软化严重、焊接变形突出等关键技术问题，首次成功地将大功率固体激光一双丝熔化极电弧复合焊接技术及装备用于我国的高端装备制造业，填补了国内空白，实现了我国在激光一电弧复合自动化焊接技术上的跨越发展，技术成果的整体水平达到了国内领先、国际先进水平。

镁合金激光氩弧复合热源冷填丝焊接工艺

研究了镁合金的低功率激光—氩弧复合热源冷填丝焊接工艺。通过5mm厚镁合金板材的堆焊试验,研究了焊接电流、焊接速度、钨极高度和热源距离等参数对焊缝成形和焊接熔深的影响,确定了钨极高度为0.75mm,热源间距DLA为1.2mm左右的焊接参数范围;在堆焊基础上,进行了2.5mm厚镁合金板材的对焊试验,实现了单面焊双面成形,焊接速度达1200mm/min,焊接接头熔深为单TIG冷填丝接头熔深的两倍,抗拉强度达到母材的95%左右,实现了高速、优质的镁合金冷填丝焊接。另外,简要分析了激光的加入对焊接过程的影响。

ZL114铝合金激光—电弧的复合焊接

设计了一种激光—电弧复合热源焊接ZL114合金的新工艺,并对焊后的试件进行了X光检测、抗拉强度和金相组织等实验。结果表明,该种新工艺对铝合金有良好的适应性和可行性,是焊接领域的一个趋势。

基于激光——MIG复合热源的5A02铝合金/镀锌钢熔——钎焊

基于激光—MIG复合热源焊接技术实现了5A02铝合金/镀锌钢异种金属板材的优质、高效熔—钎焊接,并对焊缝的成形、接头性能及微观结构作了分析。分析结果表明,该焊接技术可以实现5A02铝合金/镀锌钢的高速熔—钎焊接,最高焊接速度可达5m/min,焊接接头中镀锌钢母材未发生熔化,铝焊缝与镀锌钢母材为钎焊连接;焊接接头的抗拉强度可达153.1MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的75.7%,接近于该铝合金熔化焊接头的强度;拉伸试验中试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区,接头的断裂主要是塑性断裂,但有脆性断裂的痕迹。对接头的组织和结构进行分析表明:焊缝钎接界面处生成了一薄层Al-Fe金属间化合物,化合物层的平均厚度约为1.51μm,生成的金属间化合物主要为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5、FeAl3,并且在这些化合物的周围会产生Si元素的富集。

超高功率激光-电弧复合焊接飞溅演化行为及抑制方法

超高功率激光-电弧复合焊接为实现厚壁构件的高效焊接提供有效手段,但面临焊接飞溅严重的问题。针对超高功率激光-电弧复合焊接飞溅问题,开展飞溅演化行为及抑制方法研究,阐明电弧热输入对飞溅的影响及抑制机制,并分析不同电弧热输入对焊缝宏观成形及组织性能的影响。结果表明,电弧热输入增加能显著增大匙孔开度,抑制飞溅形成。电弧热输入由139 J/mm提升至479 J/mm,匙孔开口尺寸由56.57 mm^(2)增至243.29 mm^(2),匙孔周围熔融金属与金属蒸汽/等离子体间的摩擦剪切力减小,熔融金属柱高度由15.96 mm降至5.27 mm,且在匙孔前沿熔融金属表面张力及流体静压力作用下,熔融金属柱回落至熔池,焊缝表面飞溅数量减少87%,焊缝成形质量显著提高。并发现电弧热输入增加在提高焊缝熔宽熔深同时,虽会导致微观组织粗化、热影响区宽度增加,但所有试样焊缝均表现出良好拉伸性能。超高功率激光-电弧复合焊接过程中飞溅的有效抑制为该技术在厚板焊接领域的工艺参数调控提供数据及理论支撑。

船用耐蚀材料激光焊接技术分析

选取厚度为2mm的退火态D406A超高强度钢作为船用耐腐蚀材料,采用脉冲Nd:YAG激光器、钨极氩弧(GTA)焊接电源及其配套控制系统,构建了激光-电弧复合焊接装置进行材料焊接,并引入结合时间和空间维度的焊接功率随动控制技术提升拐角焊缝焊接质量。试验分析结果显示,D406A超高强度钢焊缝在微观上经历了晶粒细化,且焊缝在酸性环境下腐蚀速率较慢,在碱性环境下腐蚀趋势较强,腐蚀速率相对较低。此外,激光扫描频率在50~200Hz范围内能获得成形良好的焊缝,而300Hz时焊缝成形质量下降。焊接功率随动控制技术的应用,可以显著降低焊接拐角的能量密度,提升拐角处的焊接质量。