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.

激光—双丝复合焊接电弧等离子体温度计算及耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨,结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理,并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。结果表明,加入激光后,电弧的亮度提高,辐射增强,电弧偏向激光作用位置,同时电弧收紧,电弧截面减小,电弧稳定性增强;激光功率、焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响,随着激光功率的增加、焊接电流增大和焊丝间距的减小,电弧等离子体电子温度升高。

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.

激光-电弧复合焊接中激光脉冲对电弧正-负半波作用

本论文研究了激光-电弧复合热源焊接镁合金过程中激光脉冲作用于交流电弧放电的正、负半波时激光与电弧的耦合作用。本文采用直接观察焊缝表面状态、高速摄像和光谱分析相结合的方式,研究了激光脉冲分别作用于电弧正、负半波时焊缝的成型特点、熔化深度、等离子体行为以及光辐射特性。结果表明,激光脉冲作用于电弧放电正、负半波时,均能实现连续焊接,电弧体积均发生膨胀。相比于激光脉冲作用于电弧放电负半波,激光脉冲作用于正半波时的焊缝成型较好,电弧等离子体中镁原子辐射强度的增加程度较大,但焊接熔深较小。通过分析,发现激光脉冲作用于电弧放电负半波可以固定电弧在板材的放电位置,提高电弧的能量密度。

YAG激光+脉冲双电弧复合焊接等离子体物理特性研究

探究焊接热源等离子体物理特征有助于其工艺优化。在YAG激光+脉冲双GMAW复合焊接过程中,激光束与两个电弧共同作用于同一熔池中,3个热源之间的相互作用导致复合等离子体状态存在很大的随机性,难以精确测量复合后的等离子体的物理状态。基于光谱分析方法,结合高速摄像技术,对激光复合前后等离子体光谱辐射强度、电子温度、电子密度等物理特征进行研究。结果表明:与脉冲双GMAW焊接相比,YAG激光+脉冲双GMAW复合焊接的光谱辐射强度明显增强,但是没有新的谱线生成;两个电弧的弧根部位受激光的“吸引牵制”作用靠近激光作用点,金属粒子受到强烈的热作用而大量电离并聚集在工件表面和激光束附近,该局部区域的电子温度、电子密度升高,为电弧提供了一个额外的电离通道,电弧因此更为稳定。

双丝脉冲MIG焊接电弧光谱诊断及热源耦合机理分析

搭建了双丝脉冲MIG焊接试验系统,为了分析研究双丝脉冲MIG焊接的热源耦合机理以及电弧温度场,采用光谱技术对其电弧进行了诊断分析,采用中空探针法进行等离子体的辐射采集,得到电弧等离子体的光信号,利用Boltzmann图法计算了双丝脉冲MIG焊接电弧等离子体的电子温度,得出了电弧等离子体的电子温度分布规律,并结合电信号采集和高速摄像技术对电弧进行了综合分析。研究创新之处在于结合了电弧的高速摄像图片信息和电弧等离子体的光信号对双电弧耦合机理进行分析,对电弧温度场进行了较为直观的分析研究。试验结果表明,在本试验条件下焊接过程实现了推挽式输出,实现了一脉一滴的过渡方式;两个电弧在焊接过程中在磁场的作用下相互吸引,向中心发生了偏移,在双电弧的几何中心形成了新的热源中心,并且电弧发生上飘现象;双电弧电子温度整体呈倒V型分布,在双电弧几何中心位置,距工件表面3mm的位置电弧电子温度最高,为16 887.66K,比最低温度11 963.63K高大约4 900K。

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。

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。

304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊电弧特性及焊缝成形分析

针对SUS304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊接过程激光与脉冲MAG电弧的过程参数匹配及优化控制问题,系统研究了过程参数对电弧特性及焊缝成形尺寸的影响,获得了复合焊接过程的电弧特性及成形控制策略.结果表明,激光的介入会使复合焊接过程稳定性加强,当脉冲MAG电弧处在电流基值时,较大的激光功率会吸引MAG电弧而造成基值电压的波动,并且大功率激光会对脉冲MAG电弧具备一定的压缩作用,但在峰值阶段影响幅度较小.焊缝形貌的几何尺寸与过程参数的耦合效应有着直接的关系,过程参数的匹配优化能够有效控制焊缝成形尺寸.

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 .

激光-GMAW复合焊接电弧热源形式对焊接过程参数及焊缝形状的影响

激光-脉冲GMAW复合焊接和激光-连续GMAW复合焊接两种热源形式在复合焊接中使用范围广,应用前景好。系统研究这两种热源形式和脉冲GMAW焊接以及连续GMAW焊接在焊接过程中的电参数变化特征及焊缝的形状尺寸。结果表明,激光-脉冲GMAW复合焊接中电参数平稳,焊接过程稳定,可有效地促进熔滴过渡,并且获得的焊缝尺寸较理想,熔深大、余高小,但激光功率3 000 W的复合焊接短路时电参数波动性增大。

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。

铝/镀锌钢复合热源熔—钎接头中的Al-Fe金属间化合物层分析

分析了铝／镀锌钢复合热源熔-钎接头中Al-Fe金属间化合物层的相结构，研究了焊接热输入对接头中Al-Fe金属间化合物层厚度的影响及化合物层厚度对接头抗剪强度的影响。结果表明，生成的Al-Fe金属间化合物层主要由Fe3Al，FeAl2，Fe2A15以及FeAl3组成。并且Al-Fe金属间化合物的生成过程伴随着Si元素的富集现象；Al-Fe金属间化合物层厚度随焊接热输入的增大而增大，但电弧能量对化合物层厚度的影响要大于激光能量对化合物层厚度的影响；Al-Fe金属间化合物层厚度并非越薄越好，化合物层厚度在1．5～4μm范围内，Al-Fe金属间化合物层厚度对接头抗剪强度的影响不大。

铝/镀锌钢复合热源熔—钎接头的局部“未钎合”缺陷分析

对铝/镀锌钢复合热源熔—钎连接过程中出现的局部"未钎合"缺陷的原因进行了研究,并制定了相应的抑制和消除缺陷的措施。结果表明,焊接热输入不足是导致铝母材熔合线根部位置产生局部"未钎合"缺陷的根本原因,而铝母材熔合线根部位置的熔池金属和钢板达不到Al-Si钎料与钢所需要的钎焊温度是产生局部"未钎合"缺陷的直接原因。局部"未钎合"缺陷的产生还与熔池的流动及母材金属的散热等因素有间接的关系。铝/钢熔—钎焊缝熔合线根部局部"未钎合"缺陷可以通过适当地增大焊接热输入及改变激光与电弧的空间位置以提高激光对钢母材的加热效果来抑制和消除。

脉冲电弧对激光脉冲电弧复合焊熔滴过渡与飞溅的影响

采用高速摄影技术、宏观金相和焊接电信号采集对激光脉冲电弧复合焊焊缝成形形貌、熔滴过渡和焊接飞溅进行了研究。结果表明:采用激光脉冲电弧复合焊能改善焊缝成形,同时明显改变了焊接电流、电弧电压以及熔滴过渡模式。激光非脉冲电弧复合焊的熔滴和熔池以及熔滴和焊丝之间形成的液桥在过大电磁收缩力的作用下发生爆炸,此外,熔池表面的熔滴在电弧力和内部气体膨胀的作用下发生爆炸,从而产生飞溅。而采用激光脉冲电弧复合焊接工艺能明显降低焊接飞溅,这主要是因为脉冲电弧降低了短路过渡时的电流以及熔池的震荡。

脉冲激光与脉冲GMAW复合焊接的动态交互行为

将连续激光、脉冲激光分别与脉冲GMAW(熔化极气体保护焊)进行复合,研究了不同复合焊接模式下激光离子体与电弧等离子体的动态交互行为。研究结果表明:与连续激光+脉冲GMAW复合焊接模式相比,脉冲激光+脉冲GMAW复合焊接模式可以在激光平均功率较小的情况下获得更大的熔深;在复合过程中,当激光脉冲峰值出现的时刻错开电流峰值的上升期时,这一瞬态时刻等离子体的急剧膨胀现象可以得到抑制,激光能量的传输可以得到改善。

激光+脉冲熔化极气体保护复合焊接表面成形及稳定性研究

激光电弧复合焊接由于二者耦合的参数较多,为了得到优良的焊缝形貌通常需要进行大量的参数优化工作才能得到一个相对稳定的工艺参数窗口。为了缩短实验周期同时找到非稳定状态产生的内在机理,采用实验设计方法研究了光丝间距、焊接电压、激光功率对激光+脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)复合焊接表面成形及过程稳定性的影响。通过高速摄影和电信号系统对影响成形规律差异性的原因进行了解释说明。研究结果显示,较高的电压和较小的光丝间距会导致焊接过程不稳定,造成这一现象的原因是熔滴受力模式和大小发生变化最终导致熔滴落点脱离焊枪移动方向。

Al-Mg-Zn铝合金焊接接头力学性能研究

高温挤压后经过人工时效处理的热处理强化型材是广泛应用于高速列车车体的结构材料。在列车车体的焊接制造过程中,由于焊接热源作用改变了型材的热处理状态,导致接头区域的力学性能弱化。通过采集焊接试验过程的热循环曲线,研究7系铝合金接头热影响区的温度变化过程,根据热循环曲线特征将热影响区划分为固溶区和过时效区,并分析热影响区的组织演变和硬度分布规律。脉冲MIG和激光-MIG复合焊两种焊接方法在接头的过时效区域都出现软化。