铝合金T型接头双激光束焊接断裂行为研究

为推动双光束激光焊接在国产大型客机机身壁板上的应用,系统研究了6000系列铝合金T型接头CO2激光焊接试验件的断裂行为。试验表明:在横向拉伸、纵向拉伸和剪切这3种检测方式下,T型接头的起裂位置均为焊趾处,裂纹沿着下熔合线扩展,下熔合线区为T型焊接接头的薄弱区。

连续-脉冲双激光束焊接钢-铝合金

随着汽车轻量化越来越得到重视,钢-铝合金异种金属焊接结构成为研究的重点。采用YAG连续(CW)和脉冲(PW)两种激光设备,对连续-脉冲双激光束复合热源焊接工艺进行了研究,并借助扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)、显微硬度计、拉伸实验机等设备对焊缝进行了分析与测试。实验结果表明,连续激光匹配适当的脉冲激光进行双激光焊接,可以有效地减少或避免气孔的产生,同时可以使用低功率的连续激光实现较深的焊接,扩大低功率激光设备使用范围。双激光束焊接过程中,由于脉冲激光的作用,焊缝中的Fe穿入Al中,在焊缝底部Fe-Al交界处形成了钩状的不规则结构,这种结构的产生可以增强Fe,Al两种材料的连接强度。在焊缝底部Fe-Al交界处形成了高硬度、高脆性的Fe-Al金属间化合物。钢-铝合金双激光搭接焊焊缝剪切强度为128 MPa,剪切断裂断口呈现为准解理型断裂形貌。

铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接温度场模拟

为了掌握双激光束双侧同步焊接工艺特性并得到最优焊接工艺匹配参数,对由铝合金6156底板与6056桁条组成的T型焊接接头进行了有限元数值模拟和试验研究.在改进以往激光热源模型的基础上,模拟分析了不同工艺参数匹配条件下的激光焊接过程,获得了实际可行的工艺参数范围.同时研究了焊接功率和焊接速度对熔池形状的影响规律,结果表明:焊接功率和焊接速度对焊缝成形具有重要影响,且熔池形状的模拟结果与试验结果吻合良好.最终获得了最佳的焊接工艺参数,为大型客机铝合金壁板的双激光束双侧同步焊接提供了理论指导.

铝锂合金双激光束双侧同步焊接各向拉伸性能分析

以新型航空铝锂合金2060为主要研究对象,采用经前期试验验证的较优的激光焊接工艺参数开展焊接试验,制取接头试样,并设计了不同方向的拉伸试验.研究了焊接接头在纵向、环向等各个方向上的拉伸强度性能,分析了激光功率、焊接速度等工艺参数对接头拉伸性能的影响.结果表明,2060铝锂合金具有较好的激光焊接工艺适应性,但在接头软化、拉伸性能控制等方面有待开展进一步研究.

轻合金T型结构双激光束双侧同步焊接技术研究进展

轻合金双激光束双侧同步焊接(Double Laser-Beam Bilateral Synchronous Welding,DLBSW)技术是一项极具应用前景与发展潜力的先进技术,对实现航空航天壁板结构的轻量化与高效率制造具有重要意义。然而,由于轻合金本身的材料特性与DLBSW技术的特殊性,轻合金T型结构DLBSW技术仍然存在诸多细节问题有待深入探索。分析了轻合金T型结构DLBSW技术的焊接冶金特点与稳定性,重点研究了DLBSW接头中焊接缺陷的形成机理与抑制措施,考察了T型接头的力学性能与断裂机理。此外,探讨了轻合金T型结构DLBSW过程数值模拟研究的重要意义。

新型铝合金T形连接结构双激光束双侧同步焊接接头微观组织研究

采用双侧双激光束同步填丝焊工艺焊接新型铝合金薄板T形结构,对其接头进行微观组织和成分分布的分析。研究结果表明,热影响区晶粒粗大且晶界明显。微观组织中明显出现双激光束双侧同步焊接所特有的两个熔合线,且两个熔合线附近的组织形态不尽相同。析出相在焊缝中分布均匀,但在熔合线附近成片状排列分布。成分分析表明,由于填充焊丝的Si含量较高,使Si元素在焊缝中略有增加,但是激光束对焊缝底部Si元素烧损比较严重。

焊接顺序对双激光束双侧同步焊接TC4钛合金T型接头残余应力的影响

建立了TC4钛合金蒙皮-桁条T型结构双激光束双侧同步焊接的热机耦合模型,得到了三种焊接顺序下焊后接头残余应力场,研究了残余应力的变化规律。结果表明:该T型接头横截面上的焊后残余应力在焊缝中心处出现峰值,且主要表现为纵向残余应力,横向残余应力在焊缝中心构成一个应力值较大的类三角区,远离焊缝区域,残余应力呈下降趋势。焊接顺序对焊后横向残余应力的影响较小,对纵向残余应力的影响较为显著。相比于从一端到另一端整道施焊的焊接方案,对T型接头采用分段焊接的焊后残余应力值相对较小,从桁条两端向中间施焊或从桁条中间向两端施焊均为较优的焊接方案。

激光功率对钛合金双侧同步焊接温度场的影响

为研究激光功率对TC4钛合金T型结构双激光束双侧同步焊接温度场的影响,针对TC4钛合金T型结构的双激光束双侧同步焊接过程,建立了相应的有限元模型,利用有限元分析软件进行了焊接过程温度场的计算,研究了激光功率对熔池形状的影响规律,并对不同激光功率下的温度场进行了分析。结果表明:随着激光功率的增加,熔池的熔深、熔宽均有所增加,且在焊接过程中熔池的升温速率与降温速率明显升高。同时,激光功率对熔池区域的温度分布影响更为显著,熔池前端的温度梯度随激光功率的增加而增大,且熔池上表面熔化面积也有所增加。本文得出的仿真结果可为后续钛合金蒙皮-桁条T型结构双激光束双侧同步焊接提供工艺指导。

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

晶粒尺寸对双激光束双侧同步焊接接头力学性能的影响

用ER4047焊丝对厚度为2.0 mm的2060/2099铝锂合金进行双激光束双侧同步焊接实验,定量分析了晶粒尺寸对铝锂合金T型焊接接头力学性能的影响。实验结果表明,等轴细晶区内晶粒近似为圆形,当焊接热输入为46.16 J/mm时,晶粒的尺寸最小。随着随焊接热输入的增大,等轴细晶区的宽度逐渐增大,柱状晶尺寸逐渐减小,铝锂合金T型接头的焊缝熔合线区域发生局部软化现象,导致该区域内的显微硬度最低。T型环向拉伸实验结果表明,下熔合线区域为接头薄弱区,该区域内晶粒尺寸对焊接接头力学性能的影响也最大。焊趾处为应力集中区域,也是拉伸断裂的起始点。拉伸断裂过程中,裂纹由焊趾处逐渐扩展至下熔合线,最终在下熔合线的蒙皮处断裂。研究结果表明,熔合区内的晶粒尺寸越小,焊接接头的力学性能越好。

激光功率对双激光束双侧同步焊接TC4钛合金T型接头断裂性能的影响机理

TC4钛合金具有良好的综合力学性能,其激光焊接结构现已广泛应用于航空航天等领域。通过开展TC4钛合金双激光束双侧同步焊接试验,对不同激光功率下钛合金T型接头进行微观组织观察、Z向拉伸试验以及断口观察。结果表明,激光功率的提高可显著增大接头的熔深、熔宽,激光功率为2.1 kW时,接头热影响区多为细小的等轴晶粒,当激光功率提高至2.3 kW时,下熔合线下部出现大面积粗晶区,部分晶粒尺寸超过了100μm。此外,热输入的提高导致了接头焊缝区强度的降低,采用激光功率为2.3 kW的拉伸试样,其断裂面贯穿焊缝区域,断裂强度远低于采用较低功率的1号试样。断面微观形貌显示,激光功率较高时,试样断裂模式为韧性断裂与解离断裂组成的混合断裂。

焊接顺序对钛合金H型单桁条结构残余应力分布的影响

利用有限元分析法模拟计算了不同焊接顺序下TC4钛合金H型单桁条结构双激光束双侧同步焊接过程的应力应变场,对三种焊接顺序下焊后应力分布进行了对比分析。研究表明:不同焊接顺序下,钛合金H型单桁条结构的始焊、终焊位置以及焊缝附近均存在较高的应力水平,随着远离焊缝区,残余应力呈降低趋势。当焊接顺序为自蒙皮中心焊至边缘时,焊后应力水平最低,其中峰值纵向拉应力和横向拉应力分别达到了970MPa和182MPa,说明该焊接顺序为最优方案。

驱动力对2219铝合金DLBSW焊接熔池行为的影响

为了探索激光焊接熔池驱动力与焊接过程中熔池流动之间的关系,构建2219铝合金T形结构双激光束双侧同步焊接(dual laser-beam bilateral synchronous welding,DLBSW)过程热-流耦合模型.分析表面张力、反冲压力、重力及热浮力对熔池流动的驱动作用,并阐述这些驱动力共同作用下的熔池流动机理.结果表明,熔池表面的流体,其主要受到表面张力的驱动作用;对于熔池下端左侧及后方形成的环流,其主要受到表面张力、热浮力及重力的共同驱动作用;匙孔下方熔池底部在重力及热浮力的共同作用下沿熔池边缘流动.