低碳钢CO_2激光-脉冲MAG电弧复合焊接工艺研究

为了进一步了解激光-电弧复合焊接机理及其影响因素,采用A3钢进行了CO2激光-脉冲金属熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接的工艺研究。分析了CO2激光-脉冲MAG电弧复合焊接中焊接方向、热源间距、激光功率、电弧电流、焊接速度等工艺参数的影响。结果表明,采用适当的参数,激光电弧的能量能够有效耦合,增强焊接效果。其中,复合焊接熔深是单独激光的1.6倍、MAG电弧焊接的2.2倍;焊接速度是单独激光的2.7倍。

超声波对铝合金激光-电弧复合焊接影响的研究

为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题,以5083-O铝合金为研究对象,进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响,并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明,超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低,主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度,并促进气泡的快速逸出;超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态,使熔池的结晶条件发生改变,从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织;施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa,且断裂位置发生在热影响区,主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。

面能量对激光—电弧复合焊接焊缝及熔滴过渡的影响

引入面能量的定义,从激光功率、电弧参数和焊接速度等方面来研究面能量的变化对焊缝熔深、熔宽、焊缝成形系数和熔滴过渡的影响,试图建立激光能量与电弧能量之间的最佳配比关系以及面能量与熔深的定量关系。采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像;利用激光共聚焦显微镜观察焊缝形貌,并测量焊缝熔宽、熔深等数据。试验研究发现:激光与电弧两热源之间存在最优匹配范围;电弧电压与焊接电流之间存在U(15 1)0.05I的关系式;焊接速度的降低与焊缝熔深的增加并非线性关系,可选择的焊接速度是一个区间,该区间内存在一个最佳的焊接速度,并对应一个最佳的面能量。因此,在具体的激光—电弧复合焊接中,需要根据板厚、接头形式等确定激光与电弧的能量参数,选择合适的面能量。

激光能量对Nd:YAG激光-短路MAG复合热源焊接过程的影响

针对低碳钢材料,通过改变加入的激光功率来研究激光能量因素对激光-短路MAG复合热源焊接过程稳定性和焊缝成形的综合影响.结果表明,对于特定条件下的激光-短路MAG复合热源焊接过程稳定性,存在最佳的激光功率范围,并不是加入的激光功率越大,焊接过程越稳定;从激光-短路MAG复合热源焊缝成形和焊接过程稳定性角度,按照加入的激光能量大小,可以把激光-短路MAG复合热源分为小功率激光能量稳定电弧阶段、过渡阶段和大功率激光能量增加熔深阶段.并针对各个阶段,从熔滴受力角度分析了激光能量因素对焊接过程的影响机制.

6061铝合金激光-MIG复合焊中能量比影响的研究

为了研究激光-熔化极惰性气体保护焊(MIG)复合法焊接铝合金时激光、电弧两种热源各自的作用,得出二者最佳耦合效果,采用观察接头显微组织、焊缝截面形貌等手段,分析了激光、电弧各自对焊缝的影响。在此基础上,进一步测定焊缝气孔率、力学性能等参量,探索了能量分配比例对焊接接头性能的影响规律。结果表明,激光-MIG复合焊接6061铝合金时,控制电弧、激光能量比在0.9附近,辅以合适工艺,获得的焊接接头气孔率仅为1.5%,抗拉强度291MPa,达母材的82.9%,符合工程需求。此研究对不同厚度的铝合金复合焊具有普遍指导意义。

高强铝合金的MIG以及激光-MIG焊接工艺对比

以20 mm厚的2519-T87高强铝合金为研究对象,研究了熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)和CO2激光-MIG复合焊的焊接效率、组织以及力学性能之间的区别。结果表明,激光-MIG复合焊的焊接效率是MIG焊的5倍,焊接熔深更大,接头的抗拉强度也提高到母材的70%以上,而MIG焊接头抗拉强度仅仅只有母材的60%左右。由于复合焊的热输入比较小,而且熔池的熔融金属的流动情况以及温度梯度与MIG焊有很大的不同,复合焊的焊缝组织比MIG焊的更加细小,接头处的也没有发现MIG焊接头中出现的等轴晶区。

激光-熔化极脉冲电弧复合焊接的双重导电机制

对激光-电弧复合焊接的稳弧机理始终存在不同的观点。通过高速摄像机和光谱分析仪对比研究了激光与电弧复合前后电弧形态发生的变化。研究发现复合后电弧呈现一种全新的形态,具有两个独立的导电通道,这种现象被称为"双重导电机制"。这种机制对维持电弧稳定和保证焊缝成型良好具有非常重要的意义,正是激光-电弧复合焊接高速焊接过程中稳弧的关键所在。研究还发现"双重导电机制"的建立过程存在时间顺序,辅助导电通道首先是从激光小孔周围建立起来,然后逐渐扩展到整个电弧区域。各种焊接参数对"双重导电机制"也存在明显的影响。

铜/镀锌钢异种金属Nd:YAG激光脉冲MIG复合热源钎接焊

将激光—电弧复合热源焊接应用于铜与钢的熔—钎连接,用该焊接方法实现了T2紫铜合金板与镀锌钢板的优质连接。结果表明,焊接接头钢母材未发生熔化而铜合金母材熔化,其焊缝与钢母材为钎焊连接,拉伸试验中试样的断裂位置发生在焊缝铜母材热影响区,焊接热影响区略有软化。断口分析发现,接头的断裂属于塑性断裂。高倍电镜分析表明,焊缝钎焊连接界面处未见钢溶蚀及Cu沿铁素体晶界侵入现象;能谱分析结果表明,焊接接头中Cu,Fe原子分别向对方基体进行了良好的扩散,二者在钎焊连接界面处形成了Cu-Fe固溶体,并且在接头的钎焊连接界面处有Si元素的富集现象。

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究。结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳。

激光-双MIG电弧复合焊耦合机制及熔滴过渡研究

激光-双MIG(熔化极稀有气体保护)电弧复合焊具有熔深大、熔敷效率高、焊接质量好等特点,然而由于其耦合机理复杂,给应用带来了一定的困难。基于电磁场理论提出了激光与双电弧耦合机制,当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力相差较大时,等离子体两端的电子分布会不均匀,这使得一端电弧发生弯曲,沿焊丝轴向的促进力减小,熔滴过渡困难。当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力大致平衡时,电子能够比较均匀地分布在等离子体的两端,吸引稳定电弧,利于熔滴过渡。采用高速摄影系统和电信号采集系统研究激光-双MIG电弧复合焊接过程,结果表明:当工艺参数不合适时,电弧发生弯曲,导致不稳定的大颗粒过渡和短路过渡;当工艺参数合适时,两个电弧根部被固定在激光光致等离子体的下部,形成稳定的射流过渡。

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。

高功率光纤激光-TIG复合焊接实验研究

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验;通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态,并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律,并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明,高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%,且基本不受电流大小的影响,焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大;在一定热源间距范围,复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒,从而显著削弱羽辉对激光的影响。

高效率的海底管线铺设焊接技术

文中结合当前海洋油气开采作业的发展现状与趋势,简述了高效率的海管铺设系统和主要铺设方法,介绍了海洋工程应用中的钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、激光-电弧复合焊以及电子束焊。根据国内外水下焊接技术发展要求和应用现状,提出了基于CAN总线的海底管线自动焊接系统,为实现深水管线全自动焊接打下了基础。