高速列车底板型材激光-熔化极惰性气体保护复合焊接试验

进行高速列车铝合金底板型材激光-熔化极惰性气体保护复合焊接试验,对焊接接头的硬度、形貌、力学性能、显微组织进行分析。结果表明,焊接接头内部熔合良好,无气孔缺陷,焊缝形状狭长,呈上宽下窄形貌。焊接接头平均抗拉强度为230 MPa,达到母材强度的73.5%,拉伸断裂于热影响区。焊缝和热影响区软化区是焊接接头的薄弱部位。受激光焊接作用,焊缝组织为等轴晶和柱状晶,组织分布均匀且细小。

能量配比对6 mm 7A52铝合金板材VPPA-MIG复合焊接残余应力分布的影响

VPPA-MIG复合焊接的热源由VPPA和MIG两种电弧热源混合而成,该焊接方法集合了MIG焊接效率高、参数区间宽以及VPPA焊接能量集中、穿透深度大等优点,能够实现不同厚度铝合金板材的高效率和高质量焊接。在铝合金板材VPPA-MIG复合焊接过程中,VPPA与MIG两种电弧不同能量配比会影响焊后接头的残余应力分布。以6 mm厚7A52铝合金板材为试验材料,设置VPPA电弧能量配比不同的焊接参数进行VPPA-MIG复合焊接试验,焊后采用钻孔法测试并分析了接头残余应力分布及峰值大小。结果表明,复合焊接接头的熔合区和热影响区出现拉应力,母材区出现压应力。在复合焊接热源总能量不变的情况下,残余应力峰值随VPPA电弧能量配比的增加而增大,且当VPPA电弧能量配比从35%增大至40%时,可以获得成形效果良好的复合焊缝,横向残余应力峰值不超过73 MPa,纵向残余应力峰值不超过232 MPa,不会出现过大的残余应力峰值。与单MIG焊接相比,VPPA-MIG复合焊的残余应力峰值比单MIG焊大,而高应力区要比单MIG焊窄。

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。

激光-短路MAG复合热源焊接过程稳定性的影响因素

以低碳钢为研究对象,通过焊接电弧分析仪,对比研究了激光-短路MAG电弧复合热源焊接过程中焊接速度、激光与电弧的相对位置对焊接过程稳定性的影响规律.结果表明,随着焊接速度增加,MAG和激光-短路MAG复合热源焊接过程稳定性都会降低,但由于激光的引入,复合热源在高速焊接过程更稳定.与MAG相比,复合热源可以提高极限焊接速度1倍以上;复合热源焊接过程中,与激光在前引导焊接相比,电弧在前引导焊接过程稳定性更高.

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。

铝合金CO_2激光电弧复合焊保护气体影响研究

为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar)∶V(He)=5∶25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。

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.

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。

铝合金激光-短路过渡熔化极惰性气体保护焊复合焊焊缝成形改善

铝合金短路过渡熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊缝成形较差、熔深浅。利用高速摄像与电信号同步采集系统,研究了铝合金MIG焊短路过渡时的熔滴过渡特性,解释了铝合金采用短路过渡焊接时焊缝成形差的原因。采用激光与电弧旁轴复合焊接形式,发现激光的加入改变了铝合金短路过渡的熔滴特性,当激光功率在某一临界值以下时,熔滴过渡稳定,焊缝成形得到显著改善;当激光功率超过临界值时,熔滴过渡不稳定,焊缝成形改善效果不明显。对比传统MIG和激光-MIG焊在采用短路过渡焊接铝合金时的焊缝宏观形貌,激光的加入使熔滴铺展良好,余高降低,熔深增加。研究表明,激光的加入,将工程上焊接铝合金时不常应用的短路过渡MIG焊接形式变得有实际应用价值。

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。

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。

铝合金VPPA-MIG复合焊接电弧形态及伏安特性

试验使用VPPA-MIG复合焊方法对铝合金进行对接试验.通过高速摄像和数据采集系统获取复合电弧形态和伏安特性.结果表明,由于磁场间的耦合作用,在VPPA正极性阶段电弧相互排斥,反极性阶段相互吸引,采取外加横向交变磁场,电弧摆动幅度明显减小.由于MIG焊电弧的存在,等离子电弧伏安特性发生了改变.弧柱气氛更容易电离,使得等离子电弧电压下降.等离子电流较小时,电弧电压随MIG焊电流的增加而降低;等离子电流较大时,随着MIG焊电流进一步增加,电弧电压降低程度有所减少.试验结果为实现厚板铝合金高效焊接及其电弧耦合机理研究提供理论依据.

焊接速度对车身激光-MIG复合焊接的影响

随着激光焊接、电弧焊接等技术的进步,相关的复合焊接技术得到了更多的研究与应用。目前,激光-熔化极惰性气体(Metal Inert-Gas,MIG)复合焊在车门、顶棚以及侧维等车身制造中得到了广泛应用,且有广阔的发展空间。文章在研究激光-MIG复合焊相关概念的基础上,分析激光-MIG复合焊的焊接速度在车身制造中的实际应用情况,并探究如何通过合理调整速度来提高车身制造中焊接工作的效率与质量。

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况.为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差.针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验.结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σy与纵向残余应力σx分别为118和223 MPa.从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力.与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响。结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小。复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的。试验结果的分析比较还表明,在激光+电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度。

高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理

VPPA-MIG复合焊集VPPA穿透力强和MIG焊熔敷效率高的优点,弥补了单VPPA焊工艺区间窄且需立焊和MIG焊熔深浅的不足.使用Red Lake Y4高速摄像获取6 mm厚2A12铝合金VPPA-MIG复合焊接熔池图像,建立了熔池受力模型.对比分析了复合热源不同能量配比对焊缝成形和熔池形貌的影响及VPPA-MIG与单MIG焊缝成形特点.结果表明,VPPA-MIG复合热源相比单VPPA热源易保持焊缝成形稳定性.VPPA电流接近穿孔阈值时,配合较低功率MIG热源可以获得6 mm厚2A12铝合金良好焊缝成形;VPPA能量比例过低时,小孔较浅,熔化效率较低,不能起到增加熔深的作用;VPPA能量比例过大,易使熔池失稳,焊缝成形不良.热源输入功率相同时,VPPA-MIG复合焊比MIG焊显著增加焊缝熔深和深宽比,提高生产效率.

激光功率对激光-MIG复合焊焊缝成型影响研究

为了研究激光功率对船舶钢激光-熔化极惰性气体复合焊焊缝成型的影响,采用不同激光功率在7mm AH36船舶钢板上进行对接工艺试验,并进行了微观组织观测和力学性能测试,通过理论分析和实验验证,取得了焊缝成型最佳的工艺参量、焊缝接头不同区域微观组织、力学性能等数据。结果表明,在激光功率为6kW、电流为220A、焊接速率为1.2m/min时焊接,焊缝成型最好,焊缝区组织为板条马氏体及少量铁素体,其抗拉强度为545MPa,力学性能符合国家标准和中国船级社材料与焊接规范要求。这对于船舶钢的激光复合焊接具有一定的指导意义。

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。

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。

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。