铝合金高频振荡扫描激光-电弧复合焊缝成形规律与预测

高频振荡扫描激光-电弧复合焊接能够通过扫描搅拌效应调控铝合金焊缝微观组织及其力学性能,但是在控形方面还鲜有研究,无法为工业应用提供理论支撑.为此,系统研究了激光束扫描振幅A和频率f对AA6082铝合金激光-电弧复合焊缝成形特征的影响规律,包括焊缝表面飞溅、焊缝下部激光区宽度和熔深占比,并基于光束扫描的能量分布特征和激光焊接模式转变行为,探讨了焊缝形貌转变机理.随后,根据焊缝成形缺陷数量和激光深熔焊模式进一步确定了激光束扫描参数的优化区间范围,具体为0.4 mm≤A≤1.0 mm和300 Hz≤f≤500 Hz.最后,通过对光束扫描参量的线速度归一化处理,建立了优化参数区间内的焊缝特征值的线性定量关系,精度达到89.8%,为高频振荡扫描激光-电弧复合焊缝形貌特征的预测与调控提供了数据支撑.

5083铝合金激光-MIG复合单面焊双面成形打底焊工艺优化

采用激光-熔化极惰性气体保护电弧(MIG)复合焊对5083铝合金板进行打底焊,以模拟铝合金罐体单面成形对接焊缝,研究了激光束摆动方式(不摆动、直线摆动、圆形摆动、方形摆动)、激光功率(2.5~4.0 kW)、组对间隙(0,1 mm)和错边(0,1 mm)对焊缝成形质量的影响,并分析了优化工艺下接头的力学性能。结果表明:在3.0 kW激光功率下,当激光束不摆动时,焊缝背面不连续并伴有凹坑,当激光束直线摆动时,焊缝内部存在大量气孔;在圆形激光束摆动模式下,当激光功率为2.5 kW时,焊缝背面未形成连续的全熔透焊缝,当激光功率为4.0 kW时,焊缝出现严重的下塌现象。3.0~3.5 kW激光功率以及圆形或方形激光束摆动模式能够实现单面焊背面自由成形,且焊缝成形良好,在不同组对间隙和错边条件下表现出较强的适应性;在激光功率为3.0 kW、激光束摆动模式为圆形摆动的优化工艺下,焊接接头抗拉强度达到母材的90%,正弯和背弯后接头中均未出现裂纹和其他开口缺陷,满足工程应用要求。

中厚板铝合金激光-MIG复合焊接工艺及组织性能

针对8 mm厚6005A-T6铝合金,分别采用I形坡口和Y形坡口进行激光-MIG复合焊接试验,通过对比研究不同坡口形式接头的焊缝成形、组织特征、硬度分布和拉伸性能,分析坡口形式对接头性能的影响规律。结果表明,两种坡口形式均能获得高质量的焊缝,但I形坡口焊缝的电弧主要作用区熔深更大。焊缝中心均为树枝状晶并且晶粒尺寸类似,与Y形坡口相比,I形坡口焊缝柱状晶区的宽度更大,且热影响区存在晶粒粗大的现象。I形坡口焊缝区和熔合线附近的硬度均低于Y形坡口,而热影响区的硬度高于Y形坡口。I形坡口和Y形坡口接头的平均抗拉强度分别为202.0 MPa和205.2 MPa,试样均断裂在熔合线附近,断裂路径与熔合线一致,断口呈现典型的塑性断裂特征。

高强铝合金的激光-MIG复合焊接的实验研究

以20 mm厚的高强铝合金2519-T87为研究对象,研究了激光-MIG复合焊接工艺的工艺参数、坡口形貌以及热处理制度对高强铝合金的平板对接接头的抗拉强度的影响。研究表明:采用类似双U型坡口比国外常用的双V型坡口更有利于复合焊的焊接;保护气体对焊接接头的气孔的形成比较敏感,从而影响焊接接头的抗拉强度,复合焊的保护气体一般采用He气中添加少量的Ar;送丝速度通过改变焊接热输入来影响焊缝组织的晶粒大小以及强化元素的烧损量对焊接接头的强度影响较大。焊后对接头进行合适的热处理,可以显著提升接头的抗拉强度。

铝合金激光-MIG复合焊研究现状与展望

铝合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性及较高的比强度,在航空航天、轨道客车、汽车工业、船舶制造等领域都得到了广泛应用。激光焊具有能量密度高、焊接熔深大、焊接速度快、焊接变形小等优点,但同时也存在对装配精度要求高、易产生焊接气孔、激光能量利用率低、设备使用及维护成本高的问题。激光焊用于铝合金焊接时焊接气孔问题尤其严重,还存在接头软化等问题。为了解决铝合金激光焊接存在的问题,国内外焊接工作者针对铝合金激光-MIG复合焊技术开展了大量研究。通过对近几年最新的研究成果进行总结,可以进一步加强对该焊接技术的研究,促进该焊接方法在工业生产中的应用。本文针对铝合金激光-MIG复合焊,从薄板焊接、厚板焊接、异种金属焊接、辅助焊接、焊接气孔等几方面总结了铝合金激光-MIG复合焊的最新研究进展和研究成果,并基于当前的研究现状提出存在的问题和展望未来的发展方向。

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材,开展激光-MIG复合焊工艺试验,研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律,分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下,较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区,相比电弧主要作用区,激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象,焊缝区硬度最低,热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa,为母材抗拉强度的80.6%,试样断裂于焊缝区,表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa,裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处,裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。

轨道交通铝合金型材激光−电弧复合焊工艺适应性

针对轨道交通3 mm铝合金型材,采用激光−电弧复合焊工艺方法,对生产过程中常出现的错边、装配间隙对焊缝质量的影响规律开展试验研究。结果表明,激光−电弧复合焊对轨道交通铝合金型材焊接的工况适应性较强;在试验条件下,装配间隙主要影响焊缝余高及接头抗拉强度;随着装配间隙的增大,焊缝余高降低直至出现下凹,接头抗拉强度有所降低;错边量增大,会导致焊缝表面飞溅变多,装配错边对焊缝气孔及接头抗拉强度等影响不明显;在试验条件下,0.5 mm装配间隙及错边以内,激光−电弧复合焊焊缝成形、气孔、接头金相组织和抗拉强度均满足生产需求。

激光-MIG电弧复合焊接6082-T6铝合金气孔抑制机理研究

焊接气孔是铝合金激光复合焊接接头常见的缺陷之一,文章采用激光-MIG复合焊接工艺,研究了6082-T6铝合金在常规焊接路径和光斑摆动焊接路径下的气孔产生与抑制机理。结果表明,针对6 mm铝合金对接焊缝,在常规焊接路径工艺下,接头气孔率随着能量密度的增加而降低,最小气孔率达1.53%,而在光斑摆动焊接路径工艺下,由于光斑摆动的效应,接头气孔率明显降低,最低气孔率达0.33%。对接头进行力学性能测试,两种工艺下接头的强度均达到母材的70%~80%,但常规焊接路径工艺下拉伸从焊缝处断裂,而光斑摆动路径工艺下拉伸均从热影响区断裂。此外,在常规焊接路径下,接头的弯曲性能不合格,而在光斑摆动路径工艺下,接头的弯曲性能测试均合格。接头的力学性能对接头的气孔率表现出了较大的敏感性。

铝合金激光-CMT复合焊接熔滴特性研究

搭建了铝合金激光-冷金属过渡(Cold Metal Transfer,CMT)复合焊接试验平台和高速摄像采集平台,研究铝合金激光-CMT焊接过程中的熔滴特性.改变激光功率,获得不同焊接参数下CMT熔滴过渡的高速摄像图.通过对比分析可知,在激光功率较小时,激光主要起到引导电弧作用,对CMT电弧影响较小,焊接过程较为稳定,能够获得良好焊缝成形.当激光功率较大时,会影响CMT原有的短路过渡,造成熔滴飞溅等情况,导致焊缝成形较差.结果表明:保持焊丝和激光间距的有效距离和控制激光功率,是保证激光-CMT复合焊接过程稳定的关键.

高强铝合金激光辅助TIG电弧复合焊接工艺及接头性能

采用填丝TIG电弧焊、激光辅助TIG电弧复合焊2种焊接工艺进行了2014铝合金焊接试验,研究了焊接工艺与接头组织和性能的相关性。试验结果表明:与填丝TIG焊相比,激光辅助TIG电弧复合焊可以显著降低TIG电弧功率,减少热输入,细化焊缝组织,减少晶界共晶组织宽度,可有效减少甚至消除焊缝熔合区气孔缺陷,其焊接接头的力学性能、接头强度和塑性均得到增强。断口的SEM形态显示:2014铝合金激光辅助TIG电弧复合焊接头断口有大量韧窝存在,呈韧性断裂。

高强海工钢激光-MIG复合焊研究

高强海工钢具有强度高、质量轻等优点,在海洋工程、船舶制造等领域被广泛应用,然而高强海工钢焊接性较差、服役环境恶劣,传统的熔化焊方法很难实现高质量焊接。激光-MIG复合焊作为一种新型、高效、优质、节能的焊接方法,焊接高强海工钢具有独特优势。本文介绍了激光-MIG复合焊相较于其他焊接技术的优点,综述了激光-MIG复合焊过程中焊接参数对高强海工钢焊接接头显微组织和力学性能的影响,对高强海工钢激光-MIG复合焊的发展做了预测。

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.

激光-电弧复合焊接7075-T6铝合金裂纹扩展分析

研究了7075-T6铝合金薄板激光复合焊焊接接头疲劳裂纹扩展寿命.同时通过试验建立了不同热输入与弹性模量之间的函数关系并预测了给定热输入下的疲劳寿命.基于改进的Forman公式,提出了一种考虑7075-T6复合焊接头性能差异性、应力强度因子门槛值、裂纹扩展驱动力以及残余应力等多因素耦合的接头寿命预测模型.通过有限元模拟仿真并结合裂纹扩展和接头拉伸试验,对提出的模型进行了验证.结果表明,该模型预报的接头寿命与试验结果吻合较好.

激光-电弧复合焊接7075-T6铝合金疲劳断裂特性

研究激光-电弧复合焊接2 mm板7075-T6铝合金在不同应力比R和应力幅σa下的疲劳裂纹扩展行为.结果表明,优选的复合焊工艺参数激光功率3 kW、电流110A和焊接速度3 m/min条件下接头和母材的疲劳裂纹扩展速率曲线存在交叉现象,即当应力强度因子幅#K小于15.6 MPa.m1/2时,接头的疲劳裂纹扩展速率小于母材,反之则接头的疲劳裂纹扩展速率大于母材.而对应同一#K值,高应力比下的疲劳裂纹扩展速率快于低应力比条件下的扩展速率.应力幅或平均应力是影响疲劳裂纹扩展特性的主要因素.

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207MPa,达到母材强度的71%.

超声振动辅助A7N01铝合金激光-MIG复合焊接组织及力学性能

文中针对铝合金激光-MIG复合深熔焊过程易出现气孔缺陷问题,设计了超声振动辅助的焊接方法.通过对堆焊试样的X射线探伤和截面的宏观金相观察,对比了超声振动对气孔的数量、大小以及分布位置的影响.同时研究了超声振动作用对A7N01铝合金激光-MIG复合熔覆层的成形、组织及力学性能的影响.结果表明,在超声振动作用下,激光-MIG复合堆焊熔覆层气孔的数量明显减少,小尺寸气孔发生聚集并有上浮趋势;熔合线附近的柱状晶组织宽度明显小于无超声辅助的熔覆层;超声振动辅助激光-MIG复合焊接接头各区的冲击吸收功和抗拉强度都有一定程度的提高,具有一定的应用优势.

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。

焊接工艺对6005A铝合金激光-MIG复合焊焊缝成形的影响

采用CO2激光-MIG复合焊焊接2.5mm厚的6005A铝合金板,基于正交试验方法研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响。试验结果表明,对复合焊焊缝熔透状态影响显著性从大到小的工艺参数依次为:焊接速度、MIG电流、MIG电压和激光功率,其中前两者影响最为突出。在熔透状态不发生显著变化时,对复合焊焊缝表面成形影响显著性从大到小的工艺参数依次为:MIG电压、焊接速度、激光功率和MIG电流。根据正交试验结果优化了激光-电弧复合焊接6005A的工艺参数,建立了工艺参数选择原则,根据此原则选择合适的参数获得了最佳的焊缝成形。

中厚板铝合金激光-MIG复合双层焊接方法

提出了激光-MIG复合双层焊接中厚板铝合金方法,该方法分两层进行焊接:第一层为打底焊,解决焊接熔深不足的问题;第二层为盖面焊,解决焊缝成形不良的问题.结果表明,在激光器额定功率为4 kW时,采用激光-MIG复合双层焊接方法焊接ZL114A材料的熔深可达10 mm,接头抗拉强度平均值为238 MPa,大于母材抗拉强度的80%.采用激光-MIG复合双层焊接方法焊接了某航天产品圆筒形模拟件,焊缝成形良好,熔深达到9 mm,焊缝内部无裂纹、未焊透及未熔合等缺陷,无可见夹杂物,存在的缺陷形式主要是链状气孔,气孔直径均小于1 mm,焊后基本无变形.

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。