工业纯钛光纤激光-MIG复合焊接工艺及性能

采用光纤激光与熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)复合焊接工业纯钛,分别对激光焊、MIG焊和复合焊接头的焊缝表面成形、横断面进行了观察,并进行了激光焊和复合焊接头的拉伸试验及杯突试验.结果表明,复合焊的电弧稳定性比MIG焊显著提高,焊接速度可提高7倍;复合焊与激光焊接头的抗拉强度高于母材;复合焊接头的杯突值优于激光焊接头的杯突值,这是因为复合焊焊缝的微观组织有利于接头的塑性.因此,采用光纤激光-MIG电弧复合焊接方法很好地实现了工业纯钛的高速焊接,焊缝成形良好,接头的塑性优于单一激光焊的塑性.

脉冲光纤激光-MIG复合焊接A7N01铝合金接头组织及力学性能

研究了光纤激光的连续输出、脉冲调制输出与MIG电弧复合焊接A7N01铝合金的工艺特性,并对比研究了两种激光输出方式下焊接的A7N01铝合金接头组织和力学性能。结果表明:脉冲与连续激光-MIG复合焊接铝合金焊接接头主要差异在于焊缝内部气孔数量和分布位置不同。脉冲激光在一定程度上能起到增强熔池流动性,促使气泡上浮的作用,焊缝气孔的数量明显减少,只有少量气孔分布在焊缝的上方;但过高的脉冲频率会引起焊缝内部气孔数量的增加。在频率为20 Hz的脉冲激光作用下,焊缝组织得到了一定程度的改善,接头的柱状晶区宽度有所减小,接头的抗拉强度及冲击韧性也有一定程度的提高。

6009铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊和光纤激光焊工艺对比研究

采用光纤激光-MIG复合焊和光纤激光焊分别对6009铝合金进行焊接,研究两种焊接方式下焊接接头的成型性、显微组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌的不同。研究表明:激光电弧复合焊的焊接速度是激光焊接的3倍;相比于激光焊,激光电弧复合焊焊缝中心显微组织更加细小;接头的抗拉强度达到母材的63%以上,而激光焊接的抗拉强度仅仅只有母材的38%;显微硬度试验表明:复合焊存在软化区,而激光焊接几乎没有软化区;断口分析表明:复合焊和激光焊的拉伸断口都是典型的韧窝状态,但是复合焊接的韧窝更加均匀。

铜/镀锌钢异种金属Nd:YAG激光脉冲MIG复合热源钎接焊

将激光—电弧复合热源焊接应用于铜与钢的熔—钎连接,用该焊接方法实现了T2紫铜合金板与镀锌钢板的优质连接。结果表明,焊接接头钢母材未发生熔化而铜合金母材熔化,其焊缝与钢母材为钎焊连接,拉伸试验中试样的断裂位置发生在焊缝铜母材热影响区,焊接热影响区略有软化。断口分析发现,接头的断裂属于塑性断裂。高倍电镜分析表明,焊缝钎焊连接界面处未见钢溶蚀及Cu沿铁素体晶界侵入现象;能谱分析结果表明,焊接接头中Cu,Fe原子分别向对方基体进行了良好的扩散,二者在钎焊连接界面处形成了Cu-Fe固溶体,并且在接头的钎焊连接界面处有Si元素的富集现象。

YAG激光与脉冲MIG复合焊

采用设计制造的复合焊接机头 ,研究了YAG激光 脉冲MIG电弧复合焊接铝合金时各种规范参数对焊缝成型的影响规律及激光与电弧的复合作用 .结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 脉冲MIG复合焊接铝合金具有焊缝成型美观 ,无气孔等优点 ,熔深与激光单独焊相比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接相比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺 .

400MPa球墨铸铁光纤激光-MIG电弧复合焊接头的断裂特征

采用填充308L不锈钢焊丝光纤激光-MIG电弧复合焊方法,焊接厚度为5mm的风电关键部件用400 MPa级球墨铸铁,获得了表面成形良好且熔透的焊缝,研究了MIG电弧热输入对接头拉伸性能和断裂特征的影响.结果表明,电弧热输入较小时,接头的拉伸性能差,断裂沿熔合线发生,断口为脆性断口;电弧热输入较大时,接头的拉伸性能较好,断裂自半熔化区顶部沿母材发生,断口顶部为脆性断口,底部为韧性断口.接头断裂特征的差异是由接头中焊缝和半熔化区底部莱氏体的量的不同导致的.基于以上研究,获得了抗拉强度为346.4 MPa、断后伸长率为5.4%,断裂发生在母材上的优质接头.

高频脉冲耦合铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡及其熔覆特性

采用高频脉冲电源与单脉冲MIG焊电源并联叠加的方式与激光热源复合,形成高频脉冲耦合激光-MIG复合焊接方法.在A7N01铝合金板材上进行堆焊试验,用高速摄像研究高频脉冲耦合后电弧及熔滴过渡行为的变化,并通过金相观察研究高频脉冲耦合对熔覆层成形及组织的影响.结果表明,高频脉冲耦合后弧长增大,电弧电压增大、基值电流减小,峰值电流变化不大;熔滴由部分亚射流过渡转变成完全射流过渡;熔覆金属表面光滑,"鱼鳞纹"特征消失,无"指状"熔深问题;熔覆层晶粒大小变化不明显,但晶粒内部强化相颗粒变小,分布更加均匀.

光纤激光+MIG电弧复合热源焊接参数对6009铝合金焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝熔宽比一起作为参数来评价热源焊缝表面的成形性,探讨了焊接参数包括焊接电流、激光功率和焊接速度对焊缝成型的影响。结果表明:随着激光功率的增大,焊缝余高-熔宽比降低,焊缝背宽比增大;随着焊接电流和焊接速度的增大,焊缝余高-熔宽比和焊缝背宽比增大。

激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统及工艺开发

为了对激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊工艺及理论进行研究,构建了激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统,双电弧的电源各自独立,电源的脉冲控制方式为推挽式.利用该系统进行焊接工艺试验,在焊接过程中,同步采集双路焊接电流、电弧电压信号,并进行高速摄像.结果表明,所构建的激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统能够进行稳定焊接,焊缝成形美观,且加入激光后,激光对电压的影响较明显,电压信号的稳定性增强.

光纤激光-MIG复合焊参数对钛合金焊缝成形的影响

采用板面堆焊方法,在焊接电流为极小值和极大值的条件下,通过试验研究了光纤激光- MIG复合焊工艺参数对工业纯钛焊缝横截面形貌、熔宽和余高的影响。

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.

基于MATLAB的激光-脉冲MIG复合焊过程稳定性评价

因焊接质量与焊接过程的稳定性有直接关系,且焊接过程中采集到的电信号数量庞大,难以实现有效数据的快速提取,文中提出一种基于MATLAB的激光-脉冲MIG复合焊焊接过程稳定性评价方法.采用电流周期T的均值与标准差评价焊接过程的周期性,峰值电流与基值电流的差值d的均值与标准差来衡量焊接过程的波动性,综合这两方面来评价焊接过程的稳定性.文中进行四组激光-脉冲MIG复合焊验证试验,其电流信号、电弧形态、熔滴过渡和焊缝形貌的分析结果与该评价方法所得结果一致,证明文中提出的评价方法是有效可靠的.

高速列车6005A-T6铝合金型材激光-双丝MIG复合焊

分别利用双丝MIG焊和激光-双丝MIG复合焊进行了高速列车6005A-T6铝合金型材的焊接试验研究,对比分析了两种焊接方法的焊缝成形、焊接变形、接头力学性能及其接头微观组织.结果表明,激光-双丝MIG复合焊接6005A-T6铝合金型材时的焊接速度可达4.5 m/min,焊接过程具有较好的搭桥能力,对接间隙达到1.4 mm时,仍可以获得良好的焊缝成形.当焊接速度大于或等于4 m/min时,复合焊接头的焊接变形量仅为常规双丝MIG焊的40%左右,其抗拉强度达到了母材强度的83%,比常规双丝MIG焊接头的抗拉强度提高了9%左右.

5A02/Q235钢Nd∶YAG激光——脉冲MIG复合热源熔——钎连接

研制开发了铝/钢特种钎剂,利用研制开发的铝/钢特种钎剂成功地实现了5A02铝合金板与普通Q235冷轧钢板的大光斑Nd∶YAG激光—脉冲MIG复合热源熔—钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及成分、钎剂中各成分的作用进行了分析。结果表明,涂有KAlF4+Sn+Zn配方钎剂的Q235试板得到的焊缝成形美观,并且焊接过程稳定;拉伸试验中试样的破坏位置发生在铝母材的焊接热影响区,铝母材热影响区略有软化,接头抗拉强度可达167.3 MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的83.6%,与5A02铝合金熔化焊接头的强度相当,接头的断裂方式为混合断裂;剪切试验中接头的最高抗剪强度可达106.3 MPa。扫描电镜分析表明,在接头钎焊连接界面处生成了一层厚度约为3.27μm的金属间化合物层;能谱测试结果表明,Al,Fe原子在钎焊界面处扩散较为充分。

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接参数对焊缝熔深的影响

试验研究Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接参数对焊缝熔深的影响。研究结果表明,复合热源焊缝熔深随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,并且在相同参数下,复合热源焊缝熔深稍大于激光焊缝熔深而显著大于脉冲MAG焊缝熔深。对于不同焊接电流,光丝间距在0～3mm内复合热源焊缝取得最大熔深,且取得最大熔深的光丝间距与焊接电流大小有关;复合热源焊缝熔深在离焦量为2mm时取得最大值。试验结果分析表明,在激光+电弧复合热源焊接过程中激光功率不仅决定复合热源焊缝熔深,而且可以极大地提高焊接速度;MAG电弧也可提高Nd:YAG激光焊的热效率。

基于多纵模振荡种子源的高功率窄线宽光纤激光器关键技术分析及研究现状

基于多纵模振荡种子源的窄线宽光纤激光器具有光路简单、结构紧凑、可靠性高、成本低等特点,在实际工程应用以及在空间受限的载荷平台上有着显著优势,是高功率光谱合成的理想子束模块。受自脉冲效应的影响,多纵模振荡种子源的时域特性较差,导致放大过程中会产生较强的光谱展宽与受激拉曼散射效应。这限制了其输出功率的进一步提升并降低了其光谱纯度。本文首先介绍了4种常见的窄线宽种子源,并重点分析了多纵模振荡种子源中自脉冲效应产生的机理及抑制方法,对优化多纵模振荡种子源和放大器的关键技术进行了详细介绍,归纳总结了近几年的技术突破与研究成果,对未来的发展方向进行了展望分析。本文研究对基于多纵模振荡种子源的窄线宽激光器的功率提升和光谱优化提供一定思路。

5083铝合金光纤激光-TIG复合焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机,对4mm厚5083H116铝合金进行了复合焊接试验。研究了电源特性、电流大小和热源间距等工艺参数对光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)复合焊接焊缝成形的影响规律,并分析了焊接接头的缺陷、显微硬度及力学性能。结果表明,光纤激光-TIG复合焊接5083铝合金,能够明显改善焊缝成形,提高焊接过程稳定性,特别是与变极性TIG电弧复合效果更为显著;光纤激光与变极性TIG电弧复合焊接,采用激光在前的方式,电弧电流150A,且热源间距不大于4mm,可以得到具有明亮金属光泽和均匀鱼鳞纹的焊缝,焊缝无气孔和裂纹缺陷,其表面有少量的下凹;复合焊接接头抗拉强度为318MPa,达到母材强度的93%,延伸率为7.6%,高于单光纤激光焊接,断口分析为韧性断裂。

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源规范参数对平板堆焊焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价复合热源平板堆焊焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG复合热源堆焊过程中焊接规范参数对复合热源平板堆焊焊缝表面成形的影响并分析了激光对复合热源堆焊焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,随着激光功率的增大,其对平板堆焊焊缝表面成形的影响也逐渐增大;焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善堆焊焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度;而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源平板堆焊焊缝表面成形的影响很小。

基于COMSOL的铝合金激光-MIG复合焊耦合作用研究

采用COMSOL软件对7A05铝合金激光-MIG复合焊焊接过程的电弧等离子体温度进行了数值模拟,并与实际焊接过程的高速摄影结果进行了比较。结果表明:在激光功率较高时,随着MIG电流的增加,作用区的温度波动较小;当激光功率达到一定程度后,再增加激光功率对作用区的温度场影响较小。当激光与电弧电极的热源间距为2mm时,在作用区上方的阴极区出现平台式温度,这对形成具有稳定流速和质量的熔滴状态具有重大意义。电弧电流200 A,功率3.5 k W,热源间距2 mm为较优的工艺参数,此时阴极电极附近出现温度平台区,作用区温度变化最小。

光纤激光及其复合焊接研究进展

综述了大功率光纤激光在综合使用成本、材料和工艺适应性等方面与CO_2激光和Nd:YAG激光的比较优势,光纤激光焊接时光致等离子体行为及其与入射光束的相互作用特点,以及光纤激光及其复合焊接技术在航空航天和石油管道建设方面的应用研究进展。结果表明,与CO_2激光和Nd:YAG激光相比,光纤激光综合使用成本低、材料和工艺适应性强,光致等离子体处于弱电离状态,其对入射光纤激光束的吸收和偏转作用可以忽略不计,光纤激光应用于焊接时,光纤激光/电弧复合焊接技术的工艺适应性要优于单独光纤激光焊接。