激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征

为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果.

船舶激光-电弧复合热源焊接关键物理机制研究

从等离子体物理特性、小孔与熔池动态行为特征、焊缝成形及应力变形等方面,对激光-电弧复合焊关键物理机制进行了介绍;同时,针对船用中厚板激光-电弧热源存在的问题,以及未来发展趋势进行了探讨。对于中厚板复合焊,涉及大功率激光热源、光致等离子体与电弧存在复杂相互作用,继而复合等离子体物理特性;除收弧作用外,前者可一定程度地降低熔池表面电弧温度;而电弧等离子体拖拽力则利于增强小孔后壁稳定性,降低气孔缺陷。相比电弧焊,中厚板激光-电弧复合焊可显著减小高应力焊接区域和焊接残余变形。

3A21铝合金激光焊与激光-氩弧焊复合焊微观组织及性能比较研究

采用激光焊接与激光-氩弧焊复合焊接2种方式对厚度为2mm的3A21铝合金板材进行对接焊,研究2种焊接方式下焊接接头微观组织、缺陷分布及硬度分布的不同。实验结果显示激光-氩弧复合焊接接头相比激光焊的接头显微组织更细密,且气孔数量明显减少。激光焊接接头的平均显微硬度与复合焊接头平均显微硬度相差不大,分别为52HV左右及51.3HV左右,均明显高于基体平均显微硬度值43HV。

铝/钢异种金属Nd:YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺

铝与钢异种金属的优质高效焊接一直是焊接领域的一项技术难题。针对铝与钢焊接的技术困难和特点,提出了可实现铝与钢熔-钎连接的大光斑激光-电弧复合热源焊接方法,用该焊接方法实现了5A02铝合金板与镀锌钢板的优质高效连接。试验结果分析表明,接头钢母材未发生熔化,焊缝与钢母材为钎焊连接,拉伸试样的破坏位置发生在接头铝母材热影响区,接头的抗拉强度与铝合金电弧熔化焊接头强度相当。

激光-电弧复合热源焊接技术

具有焊接质量好、焊接速度快等优点的激光-电弧复合热源焊接技术,已经广泛地应用于汽车、航空等工业的薄壁金属焊接中。然而,常用的激光源价格昂贵、体积庞大并且电-光转换效率低,大大限制了复合焊技术的推广和应用。新一代高性能激光-光纤激光的开发和应用拓宽了激光-电弧复合热源焊接技术的应用范围,使其更易于实现工程化。通过介绍当前世界上激光-电弧复合热源焊接技术的应用和研究情况,展现了激光-电弧复合热源焊接技术广阔的应用前景,阐述了其发展方向。

镁合金AZ31B的激光-TIG复合热源缝焊工艺

以AZ31B变形镁合金为主要对象,研究了其激光-TIG复合热源缝焊工艺特点,探讨了缝焊表面成形、缝焊熔深的影响因素以及缝焊缝的抗剪强度变化规律。结果表明,激光-TIG复合缝焊的焊缝为明显的“图钉型”形貌,上部分为TIG电弧焊接成形,下部分为典型的激光焊接成形。镁合金复合热源缝焊具有焊接速度高、焊缝成形美观、焊接参数范围较宽等特点,接头抗剪强度较高,是一种优良的焊接方式。

激光-电弧复合热源焊接研究及应用现状

激光-电弧复合热源焊接可以增大焊接熔深,提高焊接速度,增大装配间隙,是一种很有前途的新型焊接热源。本文介绍了激光-电弧复合热源焊接这一焊接方法的发展、特性、复合形式、机理及研究应用现状。

激光-电弧复合热源焊接

在激光热源的基础上复合电弧进行焊接,可以降低焊接成本,提高焊接效率。本文综述了激光-电弧复合热源焊接国内外研究的现状,对旁轴式和同轴式两种复合方式进行了分析比较,并展望了该技术的发展前景。

钛合金激光-电弧复合热源焊接工艺

对钛合金厚板进行激光-电弧复合焊接,并对焊接接头能进行试验研究,结果表明,激光-电弧复合热源焊接新工艺实现了对钛合金厚板的优质高效连接,焊接接头的抗拉强度平均在950 MPa以上,达到母材强度的95%以上;平均冲击强度高于567.3 kJ/m^2;疲劳强度在600 MPa水平可达0.7～1万次,550 MPa水平可达3～6万次,500MPa水平可达7～12万次。

激光-电弧复合热源及等离子体模拟研究现状

激光-电弧复合焊作为一种新型高效复合焊接工艺,受到国内外学者的广泛重视。综述了激光-电弧复合焊热源耦合机理及数值模拟热源模型,详细介绍了复合热源模型的应用及等离子体的模拟现状,指出了建立激光-电弧复合焊统一的数学模型是未来研究的新方向。

激光-电弧复合热源焊接异种镁合金的数值模拟和实验研究

本文为AZ31-AZ80异种镁合金激光-电弧复合热源焊接的热-力耦合过程建立了一个合适的数值模拟模型。首先,基于能量守恒定律和傅里叶热传导定律,建立了非线性瞬态热传导的三维温度场的微分方程并根据非线性瞬态热传导的分析,得到了代表初始条件和边界条件的方程。其次,选择了“双椭球热源+三维高斯热源”的组合形式来构建激光-电弧复合热源,对熔池的形态以及温度、应力、位移和塑性应变的分布进行了数值模拟。实际的焊接实验是在激光-电弧复合焊接机上完成的。最后,详细讨论了激光和电弧在镁合金的复合热源焊接中的相互作用机制。复合热源可以促进激光能量和电弧在熔池中的吸收,使能量在熔池中的分布更加均匀,焊接参数得到相应的改善。该工作可以为镁合金的激光-电弧混合焊接工艺的优化提供理论指导和数据支持。

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。

激光—MAG电弧复合热源焊接过程的影响因素

针对激光-MAG电弧复合热源焊接过程的几个主要影响因素展开了研究。通过焊接电弧分析仪发现激光-MAG电弧复合热源焊接时,光斑-焊丝之间的距离为1 mm时,焊接电弧最稳定。通过对熔深、熔宽的分析发现,复合后熔深能够增加1.5倍以上,并且激光-短路过渡电弧MAG复合热源焊接还能够改善焊缝的润湿性,增加熔宽,减弱焊缝的咬边现象,与单独激光焊接时相似,当激光的焦点位于工件表面以下1mm时,熔深达到最大值。

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色Al Ni相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.

铝合金LB-VPPA复合焊接热源模型

激光-变极性等离子弧(Laser beam-variable polarity plasma arc,LB-VPPA)属双高能束新型复合焊接热源。采用Y4-S2型高速摄像检测了LB-VPPA复合焊接热源形态,在理论分析复合热源产热机理的基础上,利用Fortran语言对SYSWELD软件热源模型进行二次开发,建立能够实现正、反极性循环加载的LB-VPPA复合焊接热源模型。经与实际焊接熔池形状对比研究发现,熔池上部采用双椭球体热源,下部采用三维锥体热源,同时在小孔根部植入圆柱体热源的组合式热源模型与实际LB-VPPA复合焊接热源吻合。从模拟6 mm厚7A52铝合金板的VPPA焊和LB-VPPA复合焊接温度场分布结果发现,LB-VPPA复合焊能量更为集中,可以在平焊位置下实现穿孔型焊接。经实际焊接工艺试验验证了上述模拟结果的准确性。因此建立精确的LB-VPPA复合焊接热源模型对开展厚板铝合金LB-VPPA复合高效焊接提供强有力的理论支持。

激光-电弧复合焊接过程中等离子体的耦合行为

激光-电弧复合热源可以形成3种焊缝横截面的形貌,根据焊接参数对焊缝横截面形貌的影响建立了激光和电弧等离子体相互作用的物理机制.通过考察复合焊接过程中电弧等离子体中原子分布状态、电弧辐射光谱信息以及激光"匙孔"的行为对机制进行了验证.结果表明,激光对电弧等离子体的作用是通过激光形成的"匙孔"及其内部等离子体实现的,在适当参数下,电弧等离子体弧柱会进入激光"匙孔"内部,并与"匙孔"等离子体发生耦合放电,最终形成复合等离子体.电弧等离子体和"匙孔"等离子体的耦合作用有利于提高热源的能量密度.

激光电弧热源复合模式对301L不锈钢焊接接头性能的弱化机制

激光电弧复合焊在传统的激光填丝焊基础上加入了电弧形成复合热源,导致电弧区产生热量积累,造成焊缝晶粒粗大,并弱化了焊接接头的强度和断后伸长率,促使焊接结构的服役安全性能大幅降低.通过建立三维熔池温度模型及力学性能分析阐明了激光与电弧协同热作用对焊接接头强度和断后伸长率的影响规律.结合焊缝的晶粒尺寸、晶界取向差分布、织构强度从微观晶体学角度揭示了焊接接头强度和断后伸长率的弱化机制.结果表明,电弧介入促使复合热源产生热积累,降低熔池温度梯度,强化了晶粒的择优取向生长及织构强度,导致接头各向异性,从而使焊接接头的断后伸长率降低2%.较低的温度梯度会延长熔池冷却时间,促使晶粒长大和大角度晶界减少,不利于阻碍位错滑移,导致焊接接头平均屈服强度降低35 MPa,极限抗拉强度降低66 MPa.并且随着焊接电流的升高,熔池高温停留时间延长,接头晶粒及织构强度增大,接头强度和断后伸长率继续降低.

焊后热处理对6061-T6铝合金激光-电弧复合焊接性能的影响

6系铝合金熔焊中接头强度低主要是由于接头中易出现气孔和热影响区软化造成的。首先用激光诱导电弧复合热源在5 mm厚6061-T6铝合金板材上进行堆焊,研究铝合金在不同工艺参数下接头中气孔的变化规律;然后采用复合热源对3 mm厚铝合金进行冷填丝对接焊,为消除接头软化区,对接头进行530℃×1 h固溶处理+水淬+185℃×6 h时效处理,并对接头的力学性能、断口特征、显微组织进行分析。结果表明:通过调节焊接工艺参数,焊缝中的气孔可以得到控制,进而得到无气孔的接头;热处理前复合焊接接头强度为母材的63.9%;热处理后,接头的强度达到母材的85.2%,接头薄弱区(热影响区中的过时效区)得到消除。

激光-电弧复合焊温度场数值模拟

本文以均为5mm厚的D500钢与A514钢为研究对象,采用锥体热源加柱体热源与椭球热源模型组合的方法,建立了激光-电弧复合焊接热源模型,借助ANSYS有限元分析软件,对D500钢与A514钢对接复合焊过程进行温度场模拟,并与实验所得的焊缝形状及尺寸进行比较,结果表明,模拟所得的焊缝形状及尺寸与实际焊接所得的结果比较相符,证明该组合热源模型具有一定的适用性。