钛合金T型结构激光电弧复合对称焊接系统设计与分析

钛合金具有优良的耐海水腐蚀性能、高比强度、无磁性等特点,在舰艇建造及海洋工程装备中的应用越来越广泛,T型结构已在舰艇机库、导流罩等船舶部件中广泛引用。针对传统氩弧焊、电弧焊、离子焊等方式的焊接T型结构存在焊接效率低、焊接变形大等问题,设计了钛合金T型结构激光电弧复合对称焊接系统,可以实现T型结构激光电弧复合对称焊接。实验结果表明,当激光功率为12000 W(单侧6000 W),焊接电流为165 A、焊接速度为1.08 m/min、保护气流量为25 L/min时,双侧外观成形良好,焊接接头有效连接,未出现气孔、未熔透等缺陷。

YAG/MAG激光电弧复合焊工艺研究

利用YAG激光焊头和MAG焊枪旁轴复合进行了1Cr18Ni9Ti不锈钢的激光电弧复合焊工艺研究。研究表明:影响复合焊过程的主要工艺参数有激光功率、焊接速度、焊接电流、电弧电压、激光焦点位置、两热源的间距和相对于焊接方向的排列方式等;在一定的焊接工艺条件下所研究的YAG/MAG复合焊具有协同效应。电弧参数测试也表明,当激光与电弧复合的协同效应存在时,复合焊电流高于电弧焊,而电弧电压降低;若电弧采用过大的焊接电流与激光复合,尤其是在较低的焊接速度时,复合焊过程体现不出协同效应,复合焊熔深反而低于激光焊熔深。复合焊激光焦点位置变化对电弧稳定性和熔宽影响小,但获得最大熔深的焦点位置不同于激光焊。激光前置焊比激光后置焊获得的熔深大,两种条件下均在两热源间距为0.5mm时熔深最大。

高强度管线钢激光电弧复合焊接技术研究现状

伴随石油天然气开发规模逐渐增大,油气输送管线的铺设距离逐年增加,迫切需要通过提高油气管线钢的强度等级来降低管道材料投资费用和管线运营成本,因此,X100及以上等级的管线钢在油气管线工程中将得到广泛应用。介绍了油气管线钢激光电弧复合焊接技术的研究历程,对比使用不同激光器进行激光电弧复合焊时的优缺点,综述了最具有野外现场应用前景的光纤激光电弧复合焊接技术的研究现状及相关研究成果,表明其在提高高强度管线钢焊接质量、焊接速度和生产效率等方面具有的重要工程应用价值和良好的应用前景。

激光电弧复合焊焊接工艺在邮轮上的应用

由于目前船级社规范以及国内相关标准尚未制定出可执行的激光电弧复合焊焊接工艺认可的技术要求,制约了激光电弧复合焊在我国邮轮建造领域的应用。为获得科学合理的激光电弧复合焊焊接工艺认可的工艺技术参数,通过焊接工艺试验,就激光电弧复合焊的特性、焊接设备的选配、试验所用的钢板和焊接材料进行详细介绍;经对焊接工艺试验数据的分析研究,获得并建立激光电弧复合焊焊接工艺认可所需的最佳可控的焊接工艺技术参数。这些工艺技术参数不仅能帮助船厂顺利完成激光电弧复合焊焊接工艺计划书等焊接工艺文件的编制、焊接工艺试验的实施及其认可,也能为完善规范提供参考,同时还为激光电弧复合焊在我国建造的邮轮上得以顺利实施提供技术支持。

激光电弧复合增材制造钛合金的组织和性能研究

为研究热输入对墙体宏观形貌、显微组织及力学性能的影响,用激光-MIG电弧复合热源对TC11钛合金丝材进行增材制造。结果表明:墙体柱状晶内组织都以条状α集束和α+β集束组织为主,存在明显的β相界,但堆积速度小的柱状晶中马氏体α′相尺寸较大;在堆积层重熔区中不同区域的初生α相和α+β网篮组织尺寸差异显著,堆积速度较大时的组织更细密;在墙体边界,堆积速度大时存在一定针状马氏体α′相,而堆积速度小时针状马氏体相对较少;热输入大的墙体抗拉强度比热输入小的提高2%,伸长率和断面伸缩率相近,且水平方向上墙体硬度更高,塑性更好。

激光电弧复合焊接—一种新型焊接方法

介绍了激光电弧复合焊接方法的原理、工艺特点、复合焊的几种形式、复合焊的机理研究现状及复合焊的应用,指出复合焊作为一种新型的焊接方法具有较为广阔的应用前景。

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响.采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性.结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用.确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小.综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.

EQ70钢激光电弧复合焊焊接热循环及其对热影响区组织演变的影响

采用Visul Environment软件建立了EQ70钢激光电弧复合焊的三维模型,并利用SYSWELD软件对激光电弧复合焊焊接温度场进行了有限元数值模拟,结合热电偶测温法和热影响区的微观组织表征分析了激光电弧复合焊热循环特点及其对热影响区组织演变的影响.结果表明,采用双椭球体+峰值递增锥体组合型热源可以准确模拟复合焊温度场,电弧区、过渡区、激光区相同热影响区微区具有相近的热循环,热影响区加热速度可达400℃/s,1100℃以上停留时间为0.79~1.33 s,t8/5为4~6 s.粗晶区、细晶区组织为板条马氏体,临界区组织为马氏体+晶界碳化物,亚临界区组织为回火马氏体.激光电弧复合焊具有快速加热、高温停留时间短的特点,在一定程度限制了奥氏体晶粒的长大,粗晶区和细晶区平均晶粒尺寸分别为42.7,19.8μm.

16mm S355J2W+N耐候钢板激光电弧复合焊对接工艺

应用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、显微硬度计及万能拉伸试验机等仪器研究了复合焊焊接参数对焊缝成形、复合焊焊接接头的组织及力学性能的影响。研究结果表明:激光功率、焊接电流均对熔深增大有促进作用;激光功率对熔宽无明显影响,但当激光功率相对较低时,焊缝熔宽呈宽窄交替的'麻花状';多层焊焊缝形貌类似'高脚杯'状;焊缝金属中存在少量气孔,其形成与焊接过程中母材及焊丝中金属锰气化无直接联系。焊接接头拉伸过程中产生明显颈缩,断裂发生在母材区,断口表面具有明显的塑性变形特征。

6009铝合金激光电弧复合焊接头腐蚀性能研究

通过金相观察、电化学腐蚀试验、晶间腐蚀试验和静态腐蚀失重试验,发现当热源间距为2mm时,接头在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀特性优于3mm和4mm时的接头。同时,该条件下焊接接头晶间腐蚀敏感性低于其它热源间距的接头。但热源间距对接头的均匀腐蚀速率影响很小。经过固溶淬火加时效处理的焊接接头耐电化学腐蚀性优于焊态接头,晶间腐蚀敏感性低于后者。另外,此热处理方法有助于减缓接头区均匀腐蚀速率。进一步分析表明,热源间距为2mm时的接头中,柱状晶在生长过程中,树枝晶得不到充分的发展,分枝较少,结晶后显微疏松等晶间杂质少,组织比较致密。固溶淬火加人工时效消除了焊缝的氢气孔,减少了侵蚀性阴离子对基体的吸附作用;同时,大量Mg、Si原子重新溶入铝合金基体,晶界杂质原子较焊态减少。

船用钢板T型接头CO_2激光电弧复合焊工艺与组织分析

采用高功率CO2激光电弧复合焊方法对14mm厚的CCS-A船用钢板进行了熔透型T型接头的双面焊接。通过工艺参数优化,获得了焊缝成形质量良好的T型接头,焊缝共2道。工艺试验表明,接头不开坡口可降低焊缝咬边缺陷倾向;较小的激光束与面板的夹角可获得较大的熔深。光学显微镜观察发现,在焊缝区和热影响区均有马氏体组织形成,其中细晶区主要为细小马氏体。焊接接头硬度测试显示,接头最大硬度在细晶区。T型接头第二面焊接对第一面焊接有回火作用,使其硬度降低,最终焊接接头的最大硬度小于380HV。

低合金高强钢激光电弧复合焊热模拟热影响区组织与冲击韧性

采用焊接热模拟技术制备了低合金高强钢激光电弧复合焊热影响区的均匀化组织试样,并结合示波冲击试验和组织精细化表征技术分析了热模拟试样组织与韧性之间的关系.结果表明,热模拟粗晶区、细晶区组织为板条马氏体,临界区组织为马氏体和晶界碳化物,亚临界区组织为回火马氏体;峰值温度对热模拟试样裂纹形成功影响不大,对裂纹扩展功具有较大影响;热模拟临界区和粗晶区试样抵抗裂纹扩展的能力较差;当峰值温度相同时,热模拟粗晶区试样的冲击吸收能量随冷却速度的变化不大.峰值温度主要影响热模拟粗晶区试样裂纹稳定扩展功,峰值温度越高,裂纹稳定扩展功越低.热模拟粗晶区试样断裂过程属于裂纹扩展控制,马氏体板条块是控制其裂纹稳定扩展的微观组织单元.

轨道客车转向架用耐候钢激光电弧复合焊接头组织和性能研究

采用激光电弧复合焊对S355J2耐候钢进行焊接,研究了焊接接头组织和性能。结果表明,耐候钢激光电弧焊焊缝分为电弧区、过渡区和激光区,微观组织主要为铁素体+珠光体。抗拉强度和屈服强度满足要求,焊接接头抗拉强度达到500 MPa以上,与母材强度相当。随着板厚的增加,耐候钢抗拉强度和屈服强度逐渐减小,伸长率增加。耐候钢焊接接头10 mm板厚最高硬度大于16 mm板厚最高硬度。焊接接头激光区平均硬度最高,电弧区平均硬度最低。

双道次激光电弧复合焊热影响区微观组织与冲击韧性

采用焊接热模拟技术制备了低合金高强钢双道次激光电弧复合焊热影响区的均匀化组织试样,研究了二次峰值温度对热模拟试样微观组织和韧性的影响.结果表明,未转变粗晶区为粗大的板条马氏体,晶粒尺寸在84~98μm之间.超临界再热粗晶区为细小的板条马氏体,晶粒尺寸为15.7~19.2μm.临界再热粗晶区为晶界和亚晶界分布有块状M-A组元的板条马氏体.亚临界再热粗晶区组织为板条马氏体,晶粒尺寸在79~88μm之间.示波冲击试验结果表明,临界再热粗晶区试样抵抗裂纹形成能力最低,临界再热粗晶区和未转变粗晶区试样抵抗裂纹扩展能力最差.

Q345钢激光电弧复合焊横焊工艺研究

采用激光-电弧复合焊技术进行储罐用钢板横向焊工艺焊接Q345钢,分析了影响焊缝成形的各种因素,并测试了焊缝的力学性能。结果表明,激光输入功率主要影响熔深及背面成形,光丝间距影响复合效果。焊缝硬度高于母材,韧性低于母材。调整激光输入功率与电弧功率,可以改变激光电弧复合焊对工况的适应性。试验结果表明,对于横向焊,当错边量达到2 mm,间隙达到1.3 mm时仍能获得合格的焊缝。

X120管线钢激光电弧复合焊热模拟热影响区的组织转变

X120管线钢具有优异的综合力学性能。采用金相显微镜和透射电镜研究了X120管线钢连续冷却转变(CCT)组织,采用热模拟设备建立了常规热处理条件下的CCT曲线和激光电弧复合焊条件下的模拟热影响区连续冷却转变(SHCCT)曲线。试验结果表明,在激光电弧复合焊条件下,随着冷却速度的增加,热模拟粗晶区组织依次为粒状贝氏体、贝氏体铁素体和板条马氏体,激光电弧复合焊条件下的快速加热使A_(c1)和A_(c3)相变线有所提升,高温停留时间短使得奥氏体来不及长大,使组织细化,激光电弧复合焊条件下的M_(s)转变温度提高,马氏体转变温度区间扩大,使得形成的板条马氏体能够发生自回火,从而减小淬火应力,改善强度和韧性,提高抗开裂能力。

接头组对间隙对激光电弧复合焊背部成形的影响

以转向架构架常用材料S355作为试验材料,采用激光-MAG复合焊方法,研究了打底焊时接头组对间隙对背部焊缝成形的影响。通过0~1.2 mm范围的6组不同的组对间隙试验得出,在其他参数不变的情况下,组对间隙对背部焊缝成形具有显著影响。背部焊缝宽度的平均值随着组对间隙的增加先增大后减小,余高平均值随着接头组对间隙的增加而逐渐减小;间隙为0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm时背部成形良好,且宽高比与接头间隙呈正相关。0~1.2 mm为可应用的接头组对间隙范围。

超声波检测技术在转向架激光电弧复合焊无坡口焊缝检测中的应用

在轨道客车转向架中厚板的焊接中,传统MAG焊存在热输入高、熔透性不佳、焊接变形大等不足,激光电弧复合焊熔透性好、焊接热输入小、变形易控制,在诸多领域实现了工程化应用,具有较好的应用前景。结合转向架侧梁激光电弧复合焊无坡口角焊缝的结构特点开发新工艺,解决了原检测方法无法对转向架侧梁激光电弧复合焊角焊缝全面扫查的工艺难点。超声波检测技术可以准确检测出这种焊缝内部各种缺陷,实现了该焊缝的全覆盖,为合理制定无损检测工艺提供了依据。

微焦点棒阳极射线检测技术在转向架激光电弧复合焊焊缝检测中的应用

激光电弧复合焊工艺具有熔透性好、焊接热输入小、变形易控制等优点,其在轨道客车转向架中厚板焊接中的应用解决了传统MAG焊接存在的一些不足。结合轨道客车转向架横梁钢管产品的结构特点,分析转向架横梁钢管激光电弧复合焊焊缝射线检测工艺难点,采用微焦点棒阳极技术对转向架横梁钢管激光电弧复合焊环焊缝进行周向曝光检测并在试验中得到了验证。结果表明,该技术可以准确地检测出焊缝内部各种缺陷,并找出影响激光电弧复合焊焊接质量的主要因素是离焦量,研究了微焦点棒阳极射线检测自动化检测技术在转向架横梁钢管中厚板焊缝检测方面的应用,实现了该焊缝的全覆盖,保证了焊缝质量。

Nd:YAG-MAG激光电弧复合焊接线能量配比对焊缝成形与熔滴过渡特征的影响

以5.0 mm厚高强度钢板为试验材料,分析Nd:YAG-MAG激光电弧旁轴复合焊接在相同线能量不同参数配比下的焊缝形貌、熔滴过渡特征、工艺稳定性电信号规律特征的差异研究。试验结果表明:在线能量相同激光能量配比较低时焊缝表面形貌较好,其中焊缝熔深主要受激光能量影响,焊缝熔宽主要受电弧能量影响。电弧能量配比较大时,熔滴过渡形态更稳定。电弧能量配比较低时,电信号呈现短路过渡且密度较大;激光能量配比过低时呈现的电信号与单独电弧焊效果相似。