激光功率对2195铝锂合金光纤-半导体激光复合焊接形貌与气孔的影响

光纤-半导体激光复合焊接技术充分结合了光纤与半导体激光热源的优势,在激光加工领域拥有巨大的潜力.针对2195铝锂合金开展光纤-半导体激光复合焊接试验,并定量研究激光功率对焊接形貌与气孔的影响.结果表明,光纤激光功率显著影响焊缝熔深,半导体激光功率显著影响焊缝上熔宽.基于回归分析方法建立焊缝横截面积预测模型.此外,光纤与半导体激光均对焊缝气孔缺陷的控制起着重要的作用,较高的光纤激光功率有利于降低气孔缺陷.对于4 mm厚2195铝锂合金,采用光纤激光功率为3.0 k W、半导体激光功率为2.5~3.0 k W时,熔池温度高且光纤-半导体激光复合作用范围大,焊接接头气孔缺陷少.

半导体-光纤激光复合焊接对紫铜接头组织和性能的影响

常规的光纤激光焊接紫铜时,在焊缝中会存在气孔等缺陷,其接头的力学性能有待提高。采用波长为976nm的半导体激光和波长为1070的光纤激光复合激光束对紫铜进行焊接实验,分析半导体激光器功率对焊缝的影响。采用显微镜对焊缝的微观组织进行观测,采用拉力机测试焊缝接头的抗拉强度。结果表明,半导体激光的功率对焊缝的形貌,以及微观组织均有较大影响,当半导体激光功率为800W时,焊缝抗拉强度达到最高的238MPa,比半导体激光功率为0W和600W时的抗拉强度提高了约50%。半导体激光能量起到对焊缝周围进行辅助加热,降低熔池的冷却速度的作用,使氢有充分的时间从焊缝中逸散出,从而在焊缝处没有气孔,有利于提高焊缝接头的力学性能。

激光-电弧复合焊接铝合金的研究进展分析

为早日实现“双碳”目标,轻量化制造是必经之路。铝合金以其低密度、高比强度和可回收利用等优点脱颖而出,并且具备高塑形、优良耐腐蚀能力从而可以广泛应用于各行各业,但因为其特殊的热物理性质及复杂的合金化学成分,使其焊接过程中极易出现气孔、热裂纹等焊接缺陷,其焊接难题限制了铝合金在轻量化之路的进一步发展。激光-电弧复合焊接技术结合激光焊接技术与电弧焊接技术的优势,以其大焊接熔深、高焊接效率、高焊接质量著称,并逐渐成为铝合金高效优质焊接的重要熔焊工艺。为掌握铝合金激光-电弧复合焊的研究现状,本文首次通过文献计量学的方法定量分析了Web of Science(WoS)数据库中1995—2021年已发表的该领域的学术论文,并通过使用VOSviewer软件对WoS数据库数据进行了可视化处理。结果表明,焊接接头、微观组织、热影响区、力学性能及激光与电弧的相互作用为研究热点,因此本文从上述领域对铝合金的激光-电弧复合焊接进行了总结与分析,并结合激光-电弧复合焊接过程中的在线监测技术与新型激光在复合焊中的应用展开讨论分析,得出激光-电弧复合焊接铝合金中接头类型的选取,微观组织的分布,力学性能的提升措施及复合热源的相互作用机制。旨在为后续研究激光-电弧复合焊接铝合金提供参考。最后,基于当下的研究现状,本文提出了该领域面临的挑战及未来工作展望。

390MPa级船用高强钢激光-MAG复合焊接接头组织与力学性能

对8 mm厚390 MPa级船用高强钢进行了激光-MAG电弧复合焊接,研究了焊接接头焊缝形状和组织特征,分析了焊接接头硬度分布、拉伸性能和冲击性能。结果表明,激光-MAG复合焊接焊缝呈“酒杯”状,热影响区宽度较小。焊接速度为0.8 m/min时,焊缝区组织主要为先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体和板条贝氏体;焊接速度达到1.2 m/min以上时,先共析铁素体和侧板条铁素体比例显著减小,针状铁素体和板条贝氏体比例增加。焊接接头硬度均高于母材,没有明显软化区。激光-MAG复合焊接接头具有良好的低温冲击韧性;随着焊接速度增大,焊缝区-40℃和-60℃冲击吸收能量显著增加。

焊接位置对激光-电弧复合焊接底部驼峰的影响

目的通过改变焊接位置来抑制底部驼峰的形成进而降低生产成本。方法使用高速摄像机观察平向焊接和横向焊接2种不同焊接位置下熔池的匙孔和底部驼峰的形成过程,并对底部凸起受到的金属蒸气反冲压力、熔融金属重力以及表面张力进行受力分析。结果在S355J2W耐候钢的激光-电弧复合焊接平焊过程中,受金属蒸气反冲作用力的影响,熔融金属迅速从匙孔底部排出,流入匙孔底部凸起区域,底部凸起的增长速度极快,仅需7.5 ms即可形成大尺寸的驼峰。而在横向焊接中,匙孔前壁凸起数量减少,导致金属蒸气反冲压力减小,匙孔排出的熔融金属量减少,底部凸起的增速减缓,在13.6 ms时才达到最大高度,使驼峰在底部熔池凝固之前难以形成。结论采用横向焊接的方式可以有效避免驼峰的产生,降低生产成本。同时,该方式在焊缝背部成形效果方面也表现良好,为优化焊接工艺提供了重要参考。

激光-电弧复合焊接技术及工艺认可

为突破激光焊接工艺的局限性,对激光-电弧复合焊接技术的工作原理和工艺特点进行介绍,并对试验过程中常见的焊接缺陷和原因进行分析汇总,在此基础上,给出激光-电弧复合焊接工艺认可提示和规范完善建议。研究成果可为激光-电弧复合焊接技术在船舶制造业中的应用提供一定参考。

激光-电弧复合焊接技术的研究与应用

为了应对工业生产中对焊接技术的日益增长的要求,对激光-电弧复合焊接技术的原理和应用进行系统研究。通过实验对比分析和工艺参数优化的方法,研究了激光功率密度、焊接速度、电弧形态等因素对焊接质量和效率的影响。结果表明,激光-电弧复合焊接技术相比传统焊接方法在厚板快速焊接、焊缝质量保证及自适应性方面具有明显优势,焊接速度可提高至3-5倍,且焊缝形貌平直美观,接头强度高。然而,该技术仍存在设备成本高、操作难度大、焊接稳定性不足等问题。

船用11mm厚AH36钢激光-电弧复合焊接工艺研究

采用激光-电弧复合焊接方法,以ER70S-6焊丝为填充材料,对船用11mm厚AH36钢进行焊接。分析焊接速度、激光功率及送丝速度对焊缝成形的影响,得出合适的焊接参数,并通过对焊接接头进行无损检测,以及拉伸、弯曲、宏观、冲击和硬度试验,研究了焊接接头力学性能。结果表明:在确定的焊接参数下,船用11mm厚AH36钢激光-电弧复合焊接焊缝正反面成形好,抗拉强度为520MPa,断裂于母材位置,焊缝与母材熔合良好,接头焊缝、熔合线、熔合线+2mm、熔合线+5mm位置平均冲击吸收能量为101~221J,接头母材、热影响区、熔合线及焊缝硬度为155~342HV,满足ISO相关标准和中国船级社规范要求。

应用于金属焊接的光纤耦合输出2kW半导体激光光源

报道了一种高效节能、千瓦级光纤柔性输出半导体激光焊接光源。采用半导体激光合束技术,研制出2246W半导体激光合束光源,电光效率达43.6%;通过聚焦耦合,实现从600μm芯径、数值孔径0.2的光纤连续输出功率为2104W,光纤耦合效率达93.7%;在光纤输出端采用放大率1颐1的成像系统,到达工件表面的功率为2084W,光参量积为46.89mm·mrad,在束腰处测得光斑直径600μm,光功率密度为7.37×105 W/cm2。

光纤激光器与半导体激光器在塑料焊接中的对比研究

分别采用光纤激光器与半导体激光器对塑料聚丙烯(PP)进行焊接工艺实验,当光纤激光器的工艺参数为激光功率50W,焊接速度30mm/s,离焦量-2mm时,焊接接头拉力达到最大的89N;当半导体激光器的工艺参数为激光功率60W,焊接速度40mm/s,离焦量-2mm时,焊接接头拉力达到最大的154N。分析两种激光器的光学差异,半导体激光器的功率在光斑范围内均匀分布,有利于提高焊接接头的拉力。

激光加工用5kW光纤耦合半导体激光器

针对国内大功率半导体激光光纤耦合存在的问题,设计了光纤耦合聚焦系统,研制了5kW光纤耦合半导体激光器。比较了常见圆光斑光纤耦合与半导体激光方光斑光纤耦合的区别;对国产阵列型半导体激光堆栈,采用光束质量均匀化、偏振合束、多波长合束多路耦合等方式增加能量,将激光耦合进芯径为800μm,数值孔径(NA)为0.2的传能光纤中,实现了光纤耦合半导体激光输出光功率5 109W,光纤耦合效率85.69%,系统整体电光转换效率49.48%;在聚焦镜焦距为250mm时其激光功率密度达到2×105 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和焊接等领域。该激光器除了传能光纤外,其余部件均为为国产和自主研发,对我国国产高功率光纤耦合半导体激光器的开发具有重要的推动作用。

电弧状态对铝合金激光-电弧复合焊接工艺过程稳定性的影响

焊接过程稳定性是决定焊缝质量的重要因素,而焊接飞溅和焊缝表面形貌是焊接过程稳定性的直接体现。为了得到稳定的铝合金激光-MIG电弧复合焊接过程,本研究采用高速摄影的方法统计焊接飞溅数量,并分析焊缝表面成形质量,对焊接过程稳定性进行了综合定性评价,结合激光焊接与电弧焊接基本原理,探讨了减少飞溅、稳定焊接过程的原理。在本试验条件下,提高纯Ar保护气的流量、电弧弧长和光丝间距,降低电弧电磁收缩力,可以减少飞溅数量。复合焊接飞溅数量减少的主要原因可以归结为两点:激光对熔池的预热作用扩大了熔池前端的面积,使熔滴融入熔池的过程更平稳;工艺优化使电弧对熔滴的作用力保持在合理范围。相关结果为复合焊接稳定的工业应用奠定了工艺基础,指明了工艺优化方向。

薄板长直结构激光-电弧复合焊条件下焊接变形数值模拟

基于通用有限元软件MSC. Marc开发了考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟薄板长直结构的焊接变形。采用所开发的数值模拟方法,计算了含有两条焊缝的薄板长直焊接结构在激光-电弧复合焊接条件下的焊接变形,并研究了焊接顺序、焊接热输入和两条焊缝的热输入比对焊接变形的影响。数值模拟结果表明:在本研究所采用的拘束条件下,焊接顺序对焊接变形有显著影响;对于非对称焊接结构,先焊局部刚度较大焊缝产生的焊接变形相对要小些;在两条焊缝热输入相同的情况下,焊接结构的变形大小与焊接热输入大小呈现正相关关系;两条焊缝的热输入比对于非对称结构的焊接变形也有较大的影响。

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。

光纤激光-MIG复合焊接中厚板铝合金组织特征

研究了光纤激光-MIG复合焊接中厚板铝合金的焊缝组织。结果表明,光纤激光-MIG复合焊接可一次焊透8 mm厚铸造铝合金ZL114,焊缝中没有大的工艺气孔,也无热裂纹,但出现较多的冶金气孔。焊缝主要由α(Al)和Al-Si共晶组成,焊缝上部、中部和下部组织变化不明显,焊缝没有分层现象。焊缝较热影响区和母材组织细密,焊缝和热影响区的共晶组织类似,但焊缝和母材共晶组织明显不同,体现在共晶形态和Si含量的不同,但母材的共晶组织在一定的热循环条件下,可以转变为与焊缝类似的共晶组织,伴随的是枝晶数量的减少,枝晶在母材和焊缝中都占绝大部分。

D406A钢的光纤激光-电弧复合焊接性能

对低合金超高强度钢（D406A）进行了光纤激光-电弧复合焊接,在最佳工艺参数条件下,研究了装配间隙对D406A焊接性能的影响.结果表明,装配间隙的最佳范围为0.6∽1.0 mm.另外在最佳工艺条件下,对焊缝形状、焊接接头组织、硬度及力学性能进行了研究.结果表明,焊缝金属可以分为电弧区、激光-电弧复合区及激光区,并且激光区与电弧区相比组织细小;3个区域的硬度分布最高值均出现在热影响区（HAZ）;经热处理后,焊接接头力学性能基本与母材相同.

光纤激光-电弧复合焊接20Mn2管材焊接接头的组织与性能

20Mn2管材是汽车减震器活塞杆的理想材料。本文通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计等分析手段研究了激光-电弧复合焊接20Mn2管材焊接接头的组织与性能。结果表明:在电弧电流一定的条件下(80 A),随着激光功率增大,焊缝熔深增大,焊缝熔宽变化不明显。随激光功率增大,焊缝晶粒逐渐粗大。在激光功率1300 W条件下,随着焊接电流增大,焊缝熔深增大,焊缝熔宽先增大后减小。随着焊接电流增大,焊缝的显微硬度峰值出现在焊缝区,随距离焊缝中心距离增大硬度逐渐降低。焊缝的主要组织为珠光体和铁素体,熔合区的主要组织为铁素体、珠光体、贝氏体和板条马氏体。

激光-电弧复合焊接接头缺陷的研究现状

激光-电弧复合焊接是将两个热源的能量集中到一起,克服各自的缺点,并且具备激光焊接和电弧焊接的综合优势。对激光-电弧复合焊接技术的焊接缺陷进行全面地梳理和总结,结合国内外激光-电弧复合焊接缺陷的研究现状,综述了激光-电弧复合焊接技术焊接缺陷的产生原因和解决措施。

高强度激光-电弧复合焊接技术在船体焊接中的性能研究

为探究高强度激光-电弧复合焊接技术在船体焊接中的性能变化,研究以20mmDH40船用高强度钢为研究材料,首先分析了母材和焊丝的化学组成与力学性能,接着采用Ⅰ型坡口进行对接实验,并采用控制变量的方法,探究焊接速度、激光功率、送丝速度对焊缝外观的影响。实验结果表明,当控制焊接速度在1.0~1.4m/min,激光功率在4.4~4.8kW,送丝速度在4.8~6.0m/min之间时,此时工件焊缝各类参数值均有较好表现,复合区和激光区能够实现良好过渡,工件在焊接过程中能够避免飞溅和塌陷等问题。综上,将激光-电弧复合焊接技术用于船体焊接能够取得较好的焊接效果,为船舶焊接领域提供新的参数指导。

T4003不锈钢激光-电弧复合焊接工艺特性研究

为了探究复合热源对T4003铁素体不锈钢焊接特性的影响,采用光纤激光-电弧复合焊接研究了工艺参数对接头形貌和组织性能的影响规律,优化了工艺参数,重点分析了焊缝金属和热影响区-40℃低温冲击韧性和提升机理。结果表明,在优化参数下,复合接头性能优异,拉伸试样均断裂于母材,抗拉强度为530 MPa,且180°横向正弯和背弯试验中均未发现裂纹;焊缝金属平均冲击吸收功为50 J,略高于常规电弧接头,但是热影响区平均冲击吸收功提升显著,达到32 J,为电弧接头的3倍,提升的主要原因在于激光-电弧复合焊接的低热输入降低了热影响区粗晶区晶粒尺寸;冲击断口形貌表明,复合接头焊缝金属在终断区尚未出现韧脆转变,仍然以韧窝为主,但是热影响区在中部扩展区出现明显的准解理形貌,开始出现韧脆转变。该研究促进了激光-电弧复合焊接在铁素体不锈钢中的应用。