TA4/Q235层状复合材料激光穿透焊研究

为解决钛/钢层状金属在熔焊过程中易产生脆性金属间化合物而导致接头出现裂纹、难以实现可靠连接的难题,对TA4和Q235层状复合材料的激光穿透焊接进行工艺探索,并添加T2紫铜作为中间层进行工艺优化。结果显示,在合适的工艺参数下,TA4/Q235激光穿透焊接接头呈酒杯状,焊缝上下部分出现明显的元素交换,引发裂纹缺陷;引入Cu作为中间层后,得到的Ti-Cu-Fe焊接接头成形良好。能谱分析结果表明,添加Cu可有效阻隔Ti、Fe的直接接触,避免了脆性金属间化合物的产生,焊缝晶粒在一定程度上得以细化且开裂现象明显减少,从而改善了TA4/Q235的焊接性;激光穿透焊接的最佳参数为激光功率3 000 W,线速度2.0 m/min。研究结果对Ti/Fe复合板在航空航天、石油化工等领域的应用有积极的探索作用,具有重要的工程应用前景。

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅱ)

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响。研究结果表明 ,钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中”两点一线”热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的。焊接热输入和激光功率密度对”两点一线”热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。根据点、线热源叠加原理获得了”两点一线”

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。

激光穿透焊的三维数值模拟

本文对激光穿透焊进行了三维数值模拟，除考虑焊接速度影响外，还研究了Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流对熔池流动与传热的影响。将三维数值模拟结果与相应的二维模拟结果进行了比较，结果表明，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流对熔池的形成有很大的影响，因此不可忽略。本文还给出了估计激光穿透焊中蒸气孔尺寸与焊接热效率的方法。

高强钢激光穿透焊接T型接头成形与性能分析

在船舶、高速列车、航空航天工业中激光焊接薄壁夹芯板的应用越来越广泛。本试验采用5 kW高功率激光穿透焊接高强钢E36薄壁T型搭接工字件,测定了其接头的拉伸性能、截面的显微硬度,通过超景深显微镜观察了接头的微观组织。结果表明:焊接接头的抗拉强度在617 MPa以上,断裂位置均位于母材;焊缝和热影响区显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度最高为410 HV;焊缝组织为板条马氏体,热影响区组织主要为粒状贝氏体;在本试验工艺条件下,面板焊缝上部及芯板焊缝上部容易产生气孔,但无裂纹等缺陷。

细晶5083铝合金不等厚板激光穿透焊接头的组织与性能

对细晶5083铝合金不等厚板进行了激光穿透焊试验,分析讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:从显微组织角度看,焊接接头可分为4个区域,即母材、热影响区、熔合区和焊缝中心区,各区域的组织有明显的特征;焊缝中心区为细小的等轴晶组织,通过TEM观察其晶粒大小约为1.5μm;焊接接头的显微硬度呈W形分布,热影响区较窄且软化趋势最明显;焊接拉伸试样的断裂位置在熔合区,接头的抗拉强度为186 MPa。

低合金高强钢激光穿透焊接头性能研究

研究了不同工艺参数下低合金高强钢激光穿透焊T型接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度和扭转性能。结果表明:在一定的激光功率下,控制焊接热输入使其略高于深熔焊阈值2.4kJ/cm,可获得适宜的熔深和结合区宽度。焊缝组织为方向性明显的低碳板条马氏体,垂直熔合线向焊缝中心生长,硬度约为320HV。热影响区宽度约为1mm,组织细小,存在较多的粒状贝氏体。结合区宽度越宽,T型接头所能承受扭矩越大。

不锈钢薄板T形接头激光穿透焊工艺

采用YLS-6000型激光焊接系统对304不锈钢进行穿透焊,研究激光功率和离焦量对T形接头焊缝成形、显微组织和显微硬度的影响。结果表明,随着激光功率的增加,焊缝的熔深、熔宽和搭接处焊缝宽度都增大;焊缝搭接处焊缝宽度在离焦量为-2 mm时达到最大,同时考虑深宽比,离焦量为0 mm时焊缝成形较好;焊缝区组织为以奥氏体柱状晶为基体,间隙中分布着网状δ铁素体;焊缝区硬度略低于母材,且随着激光功率的增加,焊缝区组织粗化,硬度降低。

层状双金属复合材料激光穿透焊工艺及质量控制研究与展望

基于激光穿透焊的熔池流动行为特征提出的层状双金属复合材料激光穿透焊技术,能实现层状双金属复合材料的一次焊接成形,同时可降低基层金属对复层金属的稀释和对其功能性能的破坏,在提高层状双金属复合材料焊接质量和推广应用等方面具有极大潜力。综述了层状双金属复合材料焊接相关的研究成果,阐明了激光穿透焊技术原理、特点以及工艺条件对焊接接头组织性能的影响规律,并对其未来发展方向进行了展望。

调角器总成激光穿透焊工艺研究

激光焊工艺能量密度高、精度高、热影响区和焊接变形小,适用于汽车精密零部件的焊接。针对座椅调角器与3 mm厚连接板的连接,采用激光穿透焊替代电弧焊,结构上无需预留工艺开口,产品设计更加柔性化;调整激光焊接的工艺参数,分析各工艺参数对焊接质量的影响,当激光功率为2200 W、焊接速度为20 mm/s、负离焦量为5 mm时,可获得较好的焊缝外观质量,在满足多条焊缝紧密布置的同时,其焊接熔深达到3.9 mm以上。

高温合金/不锈钢异种材料T型接头激光穿透焊工艺研究

针对飞行器发动机水冷壁结构,进行了GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊试验,主要研究了焊接参数对焊缝成形和焊接裂纹的影响规律,分析了焊接裂纹形成原因,得到了较合理的焊接工艺区间。结果表明,对于GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊,连续焊比脉冲焊更易实现稳定焊接,获得良好焊缝成形。焊接裂纹是接头主要缺陷裂纹都在高温合金一侧产生,控制激光功率、保证对中可降低裂纹产生概率。焊接接头的另一种缺陷是表面下塌,保证间隙小于0.2mm可抑制下塌缺陷的产生。对由41条焊缝组成的模拟件进行了10MPa,5min水压测试,每条焊缝都满足要求。

薄板T型接头激光穿透焊的组织及性能表征

为了满足工业生产中提出的结构轻量化要求,采用IPG光纤激光器对薄板T型接头进行了激光穿透焊试验,通过改变激光穿透焊工艺参数,研究不同热输入对焊接接头显微组织及接头尺寸变形量的影响,并对接头显微硬度进行了测试和分析。结果表明,随着热输入的增加,焊缝熔深增大,焊缝及热影响区晶粒尺寸增加,焊缝内马氏体的含量减少,焊缝及热影响区内显微硬度呈下降趋势;焊缝组织为马氏体和上贝氏体,粗晶区为贝氏体和少量马氏体,细晶区为粒状贝氏体和珠光体;焊缝及热影响区的显微硬度值均高于母材。

层状金属复合材料激光穿透共熔池焊接研究

介绍了一种适用于层状金属复合材料的高效连接技术。在激光穿透焊接时,熔池中液态金属会受到横向温度梯度引起的表面张力和穿透匙孔中喷射蒸汽摩擦力的共同作用而产生上下两个相对独立的涡流,这一现象会使熔池中上部和下部金属保持相对独立,从而促成焊缝金属的上下层状分布特征,利用这一现象,提出了层状金属复合材料的单道激光穿透共熔池高效焊接技术。利用该技术,成功实现了X65/DSS2205双金属层状复合材料的对接焊,焊接接头组织和成分分析结果表明,焊缝组织上部和下部具有明显的差异性和独立特征,焊缝上下部的合金元素发生了相对较小的流动交换,优化的工艺条件可使复层焊缝金属的稀释率小于3%,使得复合板上层焊缝和下层焊缝金属达到了最大的相对独立性。

钛合金激光焊接研究

试验研究了2.5 mm厚BT20钛合金激光穿透焊的激光功率-焊接速度匹配曲线,并以焊缝熔宽比为参量研究了主要工艺参数对焊缝成形的影响,同时对比研究了CO2激光和YAG激光穿透焊焊缝成形的差异.结果表明,随激光功率的提高,获得成形优良的全熔透焊缝的焊接速度范围扩大,焊接线能量降低.与CO2激光焊相比,YAG激光焊具有更宽的焊接速度范围,且可以采用更高的焊接速度和更低的焊接线能量.激光功率、焊接速度和离焦量等工艺参数对焊缝熔宽比具有重要的影响.在同样的焊接规范条件下,YAG激光焊缝具有比CO2激光焊缝更大的熔宽比.