激光-电弧复合焊接铝合金的研究进展分析

为早日实现“双碳”目标,轻量化制造是必经之路。铝合金以其低密度、高比强度和可回收利用等优点脱颖而出,并且具备高塑形、优良耐腐蚀能力从而可以广泛应用于各行各业,但因为其特殊的热物理性质及复杂的合金化学成分,使其焊接过程中极易出现气孔、热裂纹等焊接缺陷,其焊接难题限制了铝合金在轻量化之路的进一步发展。激光-电弧复合焊接技术结合激光焊接技术与电弧焊接技术的优势,以其大焊接熔深、高焊接效率、高焊接质量著称,并逐渐成为铝合金高效优质焊接的重要熔焊工艺。为掌握铝合金激光-电弧复合焊的研究现状,本文首次通过文献计量学的方法定量分析了Web of Science(WoS)数据库中1995—2021年已发表的该领域的学术论文,并通过使用VOSviewer软件对WoS数据库数据进行了可视化处理。结果表明,焊接接头、微观组织、热影响区、力学性能及激光与电弧的相互作用为研究热点,因此本文从上述领域对铝合金的激光-电弧复合焊接进行了总结与分析,并结合激光-电弧复合焊接过程中的在线监测技术与新型激光在复合焊中的应用展开讨论分析,得出激光-电弧复合焊接铝合金中接头类型的选取,微观组织的分布,力学性能的提升措施及复合热源的相互作用机制。旨在为后续研究激光-电弧复合焊接铝合金提供参考。最后,基于当下的研究现状,本文提出了该领域面临的挑战及未来工作展望。

焊接位置对激光-电弧复合焊接底部驼峰的影响

目的通过改变焊接位置来抑制底部驼峰的形成进而降低生产成本。方法使用高速摄像机观察平向焊接和横向焊接2种不同焊接位置下熔池的匙孔和底部驼峰的形成过程,并对底部凸起受到的金属蒸气反冲压力、熔融金属重力以及表面张力进行受力分析。结果在S355J2W耐候钢的激光-电弧复合焊接平焊过程中,受金属蒸气反冲作用力的影响,熔融金属迅速从匙孔底部排出,流入匙孔底部凸起区域,底部凸起的增长速度极快,仅需7.5 ms即可形成大尺寸的驼峰。而在横向焊接中,匙孔前壁凸起数量减少,导致金属蒸气反冲压力减小,匙孔排出的熔融金属量减少,底部凸起的增速减缓,在13.6 ms时才达到最大高度,使驼峰在底部熔池凝固之前难以形成。结论采用横向焊接的方式可以有效避免驼峰的产生,降低生产成本。同时,该方式在焊缝背部成形效果方面也表现良好,为优化焊接工艺提供了重要参考。

Q345B钢激光-电弧复合焊接工艺性能研究

利用激光-电弧复合焊接方法,研究了6 mm厚Q345B板激光-电弧复合焊接成形的影响规律,并分析了该方式下工况适应性及接头性能。结果表明:在激光功率为4000 W、焊接速度0.8 m/min、送丝速度8 m/min及光丝间距5 mm时获得了良好的焊缝成形,且对间隙和错边的适应性较好;焊缝X射线探伤可以达到I级合格;接头力学性能表现良好。

激光-电弧复合焊接技术及工艺认可

为突破激光焊接工艺的局限性,对激光-电弧复合焊接技术的工作原理和工艺特点进行介绍,并对试验过程中常见的焊接缺陷和原因进行分析汇总,在此基础上,给出激光-电弧复合焊接工艺认可提示和规范完善建议。研究成果可为激光-电弧复合焊接技术在船舶制造业中的应用提供一定参考。

铝合金高频振荡扫描激光-电弧复合焊缝成形规律与预测

高频振荡扫描激光-电弧复合焊接能够通过扫描搅拌效应调控铝合金焊缝微观组织及其力学性能,但是在控形方面还鲜有研究,无法为工业应用提供理论支撑.为此,系统研究了激光束扫描振幅A和频率f对AA6082铝合金激光-电弧复合焊缝成形特征的影响规律,包括焊缝表面飞溅、焊缝下部激光区宽度和熔深占比,并基于光束扫描的能量分布特征和激光焊接模式转变行为,探讨了焊缝形貌转变机理.随后,根据焊缝成形缺陷数量和激光深熔焊模式进一步确定了激光束扫描参数的优化区间范围,具体为0.4 mm≤A≤1.0 mm和300 Hz≤f≤500 Hz.最后,通过对光束扫描参量的线速度归一化处理,建立了优化参数区间内的焊缝特征值的线性定量关系,精度达到89.8%,为高频振荡扫描激光-电弧复合焊缝形貌特征的预测与调控提供了数据支撑.

铝合金激光-电弧复合焊接工艺研究

对LF6铝合金的激光-电弧复合焊接工艺进行了初步研究。通过工艺试验,分析研究了焊接速度、激光焦点位置、钨极与激光束之间的距离、焊接电流对焊缝质量(熔深、熔宽)的影响规律。

激光-电弧复合焊接技术的研究与应用

为了应对工业生产中对焊接技术的日益增长的要求,对激光-电弧复合焊接技术的原理和应用进行系统研究。通过实验对比分析和工艺参数优化的方法,研究了激光功率密度、焊接速度、电弧形态等因素对焊接质量和效率的影响。结果表明,激光-电弧复合焊接技术相比传统焊接方法在厚板快速焊接、焊缝质量保证及自适应性方面具有明显优势,焊接速度可提高至3-5倍,且焊缝形貌平直美观,接头强度高。然而,该技术仍存在设备成本高、操作难度大、焊接稳定性不足等问题。

船用11mm厚AH36钢激光-电弧复合焊接工艺研究

采用激光-电弧复合焊接方法,以ER70S-6焊丝为填充材料,对船用11mm厚AH36钢进行焊接。分析焊接速度、激光功率及送丝速度对焊缝成形的影响,得出合适的焊接参数,并通过对焊接接头进行无损检测,以及拉伸、弯曲、宏观、冲击和硬度试验,研究了焊接接头力学性能。结果表明:在确定的焊接参数下,船用11mm厚AH36钢激光-电弧复合焊接焊缝正反面成形好,抗拉强度为520MPa,断裂于母材位置,焊缝与母材熔合良好,接头焊缝、熔合线、熔合线+2mm、熔合线+5mm位置平均冲击吸收能量为101~221J,接头母材、热影响区、熔合线及焊缝硬度为155~342HV,满足ISO相关标准和中国船级社规范要求。

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。

激光-电弧复合焊接热源布置方式对焊缝组织和性能的影响

以低合金高强钢为试验材料,采用Nd:YAG激光-MAG电弧复合焊接的方法,研究了激光与电弧的前后布置方式对焊缝形貌、组织和性能的影响。结果表明:电弧引导时焊缝主要以柱状晶为主,焊缝中心有少量的树枝晶,电弧区的柱状晶生长出二次枝晶,二次枝晶非常细小和致密,激光区的二次晶枝较粗且稀疏。激光引导的电弧区为柱状晶和树枝晶,但柱状晶较短并具有明显的层状特征,激光区中心为等轴晶,两侧为树枝晶和柱状晶,晶枝及晶枝臂粗大,晶枝臂间的间隙较小,焊缝区冲击功平均值比电弧引导时提高了33%,冲击断口的形貌表明:电弧引导时,韧窝较浅,并且存在较多的穿晶断裂区,而激光引导时韧窝较深,韧窝边缘较锐利。电弧引导比激光引导的热影响区窄,板条马氏体的晶粒相对较小。

390MPa级船用高强钢激光-MAG复合焊接接头组织与力学性能

对8 mm厚390 MPa级船用高强钢进行了激光-MAG电弧复合焊接,研究了焊接接头焊缝形状和组织特征,分析了焊接接头硬度分布、拉伸性能和冲击性能。结果表明,激光-MAG复合焊接焊缝呈“酒杯”状,热影响区宽度较小。焊接速度为0.8 m/min时,焊缝区组织主要为先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体和板条贝氏体;焊接速度达到1.2 m/min以上时,先共析铁素体和侧板条铁素体比例显著减小,针状铁素体和板条贝氏体比例增加。焊接接头硬度均高于母材,没有明显软化区。激光-MAG复合焊接接头具有良好的低温冲击韧性;随着焊接速度增大,焊缝区-40℃和-60℃冲击吸收能量显著增加。

激光-电弧复合焊接工艺参量的研究进展

激光-电弧复合焊接是近几年在国际上得到迅速发展和应用的焊接前沿新技术,是材料优质高效连接的最佳熔焊工艺。激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种工艺,影响焊接过程的参量较多,而这些因素的设置对焊接过程的稳定性、焊接接头的质量都有重要影响。从激光器类型的选择、辅助电源类型的选择、焊接方向、激光离焦量、激光-电弧之间距离、激光与电弧能量的匹配以及保护气体等方面讨论了激光-电弧复合焊接过程中的工艺参量的优化设置问题,并对这些因素对焊缝成形的影响进行了分析,最后提出了激光-电弧复合焊接工艺的研究方向。

长输管道全位置激光-电弧复合焊接技术

采用激光-电弧复合焊接技术开展管道的全位置激光-电弧复合焊接可行性研究.结果表明,激光-电弧复合焊接工艺能够适应管道环焊缝焊接的要求.在从0°～180°的焊接过程中,通过调整焊接参数,均能够获得成形良好的焊缝.金相观察表明,母材和焊材熔合良好;焊接接头中心区狭长,具有激光焊的特点;热影响区具有电弧焊的特点;金相组织不受位置影响.焊接接头的硬度接近母材,抗拉强度接近或超过母材;在无内部缺陷的情况下,弯曲试验和冲击试验结果满足现行标准要求.

304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊电弧特性及焊缝成形分析

针对SUS304L不锈钢激光-脉冲MAG复合焊接过程激光与脉冲MAG电弧的过程参数匹配及优化控制问题,系统研究了过程参数对电弧特性及焊缝成形尺寸的影响,获得了复合焊接过程的电弧特性及成形控制策略.结果表明,激光的介入会使复合焊接过程稳定性加强,当脉冲MAG电弧处在电流基值时,较大的激光功率会吸引MAG电弧而造成基值电压的波动,并且大功率激光会对脉冲MAG电弧具备一定的压缩作用,但在峰值阶段影响幅度较小.焊缝形貌的几何尺寸与过程参数的耦合效应有着直接的关系,过程参数的匹配优化能够有效控制焊缝成形尺寸.

激光-电弧复合焊接的应用

阐述了激光-电弧复合焊接的基本原理和优势;介绍了目前国内外激光-电弧复合焊接设备及其在汽车、造船、石油化工等制造业中的工业应用。由于激光-电弧复合焊接设备投资相对减少,生产效率提高,产品单元消耗成本降低,所以激光-电弧复合焊接工艺将有着非常广泛的应用前景。

高强钢激光-电弧复合焊接接头力学性能研究

为弥补高强钢在传统焊接中低效、变形严重、焊缝强度低等问题,采用6 k W光纤激光器和熔化极活性气体保护电弧焊复合焊接6 mm厚度的30CrNiMo钢板,在相同焊接工艺下使用ER50-6和ER308两种焊丝,焊后对两种焊缝的组织形貌和力学性能进行研究。研究结果表明:ER50-6焊丝焊缝为细小的针状马氏体组织,而ER308焊丝焊缝为粗大的柱状晶奥氏体;两种焊丝焊缝的硬度面分布也出现较大区别,ER50-6焊丝焊缝沿熔合线出现低硬度分布,ER308焊丝焊缝则在焊缝中心下部出现低硬度集中,二者对应拉伸断裂位置分别在熔合线处和焊缝中心;通过能谱分析得知,ER308焊丝中高含量的Cr元素在焊缝上部集中,导致焊缝上部淬硬性增强,硬度大幅上升,韧性急剧下降,并最终导致焊缝力学性能的薄弱。因此,采用复合焊接搭配ER50-6焊丝,可实现对6 mm厚30CrNiMo钢板以1.0 m/min速度的高效无变形焊接,焊缝强度高达1 197 MPa.

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。

CO_2激光-MAG电弧复合焊接工艺参数的优化

采用汉诺威分析仪和高速摄像机采集了CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中的电信号和熔滴过渡图像,研究了焊接电流、电弧电压、激光功率等参数对复合焊接瞬时电压和电流信号、电压和电流概率密度分布、熔滴过渡特征和工艺稳定性的影响.结果表明,将汉诺威分析仪和高速相机相结合能提供丰富的焊接电弧物理指数和熔滴过渡形态信息,可为复合焊接的工艺参数优化指明方向.瞬时焊接电流和瞬时电弧电压概率密度分布曲线向中间收敛,高电流和高电压区概率较小时,有利于焊接过程的稳定.激光能量影响熔滴的过渡频率,激光功率增加,易发生颗粒过渡或短路过渡.

激光-电弧复合焊接缺陷形成机理及抑制方法

近年来,随着电弧焊设备、激光器性能和工业集成技术的不断提高以及激光-电弧复合焊接机理和工艺研究的持续深入,激光-电弧复合焊技术在国内外众多重要工程领域应用越来越广泛。然而,由于激光-电弧复合焊热源间的强耦合作用及其众多的工艺参数难以优化控制,焊接过程仍会出现焊接缺陷,严重影响焊接接头质量和服役可靠性。本文在深入探讨激光-电弧热源协同机制和复合参数影响规律的基础上,重点阐明了激光-电弧复合焊接气孔、裂纹、咬边、驼峰等主要缺陷的形成机理和成形过程,同时进一步分析了不同焊接形式的缺陷抑制方法及其作用机理,以期为更好地理解激光-电弧复合焊这一优质高效焊接方法并推动其更广泛的工业应用提供参考。