高功率激光-MAG复合焊接成形稳定性

采用激光-MAG(Metal active gas arc welding)复合焊接工艺,以焊缝表面成形、焊缝纵截面形貌和熔深波动程度为工艺稳定性评价依据,借助高速摄像系统和图像处理方法,对焊接过程中飞溅和等离子体两种关键过程信息进行特征识别和定量化表征,系统地研究激光功率从5 kW提高到30 kW时,焊接过程关键特征信息与焊接过程稳定性之间的关系。结果表明,随着激光功率的增加,焊缝表面成形出现周期性“上凸-下凹”现象,焊缝内部裂纹和熔深变化特征也随之周期性变化;等离子体面积和飞溅面积均随激光功率的提高呈增加趋势,且两者波动程度和熔深波动程度均呈正相关;等离子体面积增加会导致激光传输过程中能量衰减程度的加剧,使焊缝熔深增加趋势逐渐变缓,其波动程度是影响焊接过程稳定性的关键因素之一。

Q345B钢MAG焊与激光-MAG复合焊对比研究

对4 mm和8 mm厚的Q345B试板分别进行MAG焊和激光-MAG复合焊的工艺试验研究,分析焊缝成形,检测焊接接头宏观形貌、拉伸性能和弯曲性能。结果显示:相对于常规MAG焊,激光-MAG复合焊能够实现单面焊背面无垫板的自由成形;焊接速度显著提高,焊接作业效率提高一倍以上;焊材消耗减少,仅为MAG焊的22%~27%;焊接热输入小,焊后工件变形显著减小;焊接接头的拉伸和弯曲性能合格,满足实际工程应用要求。

921A舰船钢激光-MAG复合焊接过程数值模拟分析

目的对厚度为16 mm的921A舰船钢进行激光-MAG复合焊接,得到最佳工艺参数,从数值模拟的角度验证焊接工艺的可靠性。方法利用SYSWELD+Visual-Environment软件对激光-MAG复合焊接过程进行数值模拟,选用3D高斯热源与双椭球热源相结合的复合热源模型对激光-MAG复合焊接过程进行仿真,绘制不同时刻及不同焊缝区域的时间-温度曲线,采用热弹塑性有限元法对应力变形场进行仿真计算。结果双椭球热源模型与3D高斯热源模型相结合的复合热源模型能够获得较为理想、接近真实热源形貌的热源形态;焊缝区域的焊接热源在行进过程中温度稳定,模拟热源温度可达3200℃,具有典型的焊接热循环曲线特征,且距离焊缝越远,升温速率和冷却速率越慢;焊接残余应力主要集中在焊缝处,约为440 MPa,且焊缝两端的结合部位具有较高的残余应力。结论复合热源模型适用于16 mm厚的921A钢激光-MAG复合焊接数值模拟,焊后板材的残余应力低于材料的屈服强度,冷却后板材的变形程度较小,最大变形量为1.13 mm,表明激光-MAG复合焊接方法及工艺适用于16 mm厚921A钢的焊接。

304不锈钢激光-MAG复合焊熔滴过渡及拉伸性能研究

采用激光-MAG复合焊接方法对304不锈钢进行对接试验。在确保全熔透条件下,研究了低速焊、高速焊的熔滴过渡以及焊接接头形貌、组织和拉伸性能。结果表明,低速焊时,熔滴过渡模式为短路过渡和大滴过渡;而高速焊时,熔滴过渡模式为射滴过渡和射流过渡。焊接速度对接头组织影响不大,但在拉伸性能方面,由于高速焊的焊接热输入减小,接头抗拉强度和伸长率比低速焊的明显提高。

Q1400超高强钢激光-MAG复合焊抗裂性研究

针对超高强钢在焊接过程中容易产生裂纹等问题,采用激光-电弧复合焊对20 mm厚Q1400E超高强钢进行了抗裂性研究。通过斜Y坡口裂纹敏感性试验发现,在焊缝中心偏上位置易产生焊接裂纹。经过金相组织检查、表面形貌检查、EDS能谱分析等检测手段,确定此裂纹为凝固裂纹。裂纹产生原因:(1)液态金属补缩不足导致缩松;(2)C、S、P等有害元素发生微观偏析;(3)母材淬硬性大,坡口尖角处的拘束应力大。利用激光复合焊接方法深熔焊接特点及焊前预热措施进一步降低了焊接拘束应力,结果表明,采用激光功率8 500 W,焊接电流250 A,焊接电压24 V,焊接速度1.2 m/min,预热200℃的工艺参数可以有效解决20 mm厚Q1400超高强钢的焊接裂纹问题。

Q1400超高强钢激光-MAG复合焊与MAG组织及性能对比

针对一种屈服强度1400 MPa新型超高强钢,对比分析了在使用低强匹配焊材的条件下MAG和激光-MAG复合焊的组织及性能差异。2种焊接工艺的成形及截面形貌均连续均匀,无气孔、裂纹、夹渣等微观缺陷。MAG采用2 mm钝边的60°坡口,热输入大、冷却速度较慢,焊缝组织主要为马氏体+贝氏体组织,焊缝-40℃冲击吸收能量为45 J,为母材的150%;热影响区冲击吸收能量为30 J,与母材水平相当;接头抗拉强度为1166 MPa,相当于母材的69%。激光-MAG复合焊采用6 mm钝边的40°坡口,打底焊焊缝为马氏体组织;填充焊焊缝为马氏体+贝氏体组织;焊缝-40℃冲击吸收能量与MAG相当,但热影响区的冲击吸收能量达到42 J,优于MAG和母材;接头抗拉强度接近1300 MPa,高于MAG 125 MPa,相当于母材的76%。激光-MAG复合焊焊接效率优于MAG,达到MAG的3倍以上。

轨道车辆碳钢车体长直结构激光-MAG复合焊接工艺

文章设计试验研究了轨道车辆碳钢车体长直结构用激光-MAG复合焊接工艺,观察分析了与传统MAG填丝焊接下的焊缝微观组织,并测量了焊缝的显微硬度。结果表明,激光-MAG复合焊与传统MAG填丝焊接工艺相比,具有线能量较低,焊丝消耗较少,焊接效率较高,焊接变形较小;焊缝组织相对细小,硬度明显升高,硬度梯度大,更适用于长直焊缝以及装配精度易于控制的产品焊接等特点。

Q355E圆锥管激光-MAG复合焊可行性应用研究

先利用激光-MAG复合焊工艺对6mm厚Q355E钢进行试验,遴选出表面成形良好的焊接参数,再通过激光-MAG复合焊、激光焊、MAG焊3种不同的焊接方法,对试板焊后性能进行分析。结果表明:焊缝形貌方面,仅激光-MAG复合焊及MAG焊可实现单面焊双面成形;微观金相方面,激光-MAG复合焊焊缝晶粒相对最小,激光焊次之,MAG焊晶粒最大;显微硬度方面,激光-MAG复合焊显微硬度相对最高,在试验条件下最高达到了380HV0.5;力学性能方面,激光-MAG复合焊相比其他两种焊接工艺,在冲击上表现的异常出色。随后,用激光-MAG复合焊工艺对6mm圆锥管进行焊接,并与传统MAG焊效果比较。结果表明:激光-MAG复合焊消耗焊丝约为MAG焊的1/10,但焊接效率却为MAG焊的10倍,同轴度也明显优于MAG焊工艺,由此证明激光-MAG复合焊工艺可行。

中厚板T形接头激光-MAG复合焊接工艺研究

采用万瓦级光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输入功率为17kW的条件下双面焊透50mm厚Q355低合金高强钢T形接头,实现了良好的焊接接头质量,焊缝内部无缺陷存在。研究了激光入射角度、预留间隙、激光功率及焦点等工艺参数对复合焊焊缝熔深及内部熔合的影响。试验研究表明:在获得全熔透接头条件下,激光入射角度决定了焊缝的熔合情况,在50mm双面焊接中激光入射角度为8°;预留间隙1.2mm改善焊缝熔池形状;激光功率和离焦量影响着焊缝熔深,当离焦量为-8mm时可获得最大熔深。

SMA490BW钢激光-MAG复合焊T型接头疲劳性能

对激光-MAG复合焊和MAG焊T型接头进行了四点弯曲疲劳试验,采用最小二乘法拟合疲劳S-N曲线,估算了两种焊接方法 T型接头循环寿命为107时的疲劳强度。试验结果表明,当循环基数为107次时,激光-MAG复合焊接头的疲劳强度较常规MAG焊接头提高17.5%。观察两种焊接方法的疲劳断口发现,断口位置在熔合区的焊趾处,裂纹扩展区疲劳辉纹明暗相交,既短又不连续,呈韧性疲劳断口特征。但激光-MAG复合焊疲劳裂纹扩展区撕裂棱凸出较大,裂纹扩展时所需的动力更大,断裂韧性更高。分析发现,焊趾处圆滑过渡和细小的熔合区微观组织导致激光-MAG复合焊T型接头的疲劳强度高于MAG焊。

超高强度钢激光-MAG复合焊熔滴过渡研究

采用高速摄影技术对超高强度钢激光-MAG复合焊接过程中激光功率、光丝间距、MAG电流对熔滴过渡形态的影响进行研究。结果表明:随激光功率、光丝间距的增大,熔滴过渡频率先增大后减小;随MAG电流的增加,熔滴过渡频率逐渐增大。当激光功率为3 kW、光丝间距为2 mm、MAG电流为220 A时,熔滴过渡最稳定,过渡频率最快,过渡方式为喷射过渡。

中部槽激光-MAG复合热源打底焊焊接工艺研究

采用MAG电弧焊和激光-MAG复合热源焊对45 mm厚ZG30SiMn和NM400异种钢进行打底焊试验,通过光学显微镜、SEM和EDS能谱分析方法对裂纹的微观组织形貌进行观察和分析。结果表明:中部槽焊接接头易出现未焊透和焊接裂纹等焊接缺陷。由于焊缝处C,Si,S,P等热裂纹敏感性元素的聚集及焊接应力的共同作用导致结晶裂纹的产生。采用激光-MAG复合热源焊,通过控制焊缝化学成分和改变接头形状的方法消除了焊接热裂纹,并利用复合热源深熔性特点结合焊接坡口优化,保证了焊接效率等问题,获得了稳定、优质、高效的焊接接头。

T型接头激光-MAG复合热源焊接工艺适应性研究

钢材中厚板T型接头采用MAG焊时，由于MAG焊熔透能力有限，根部打底焊时难以实现良好的单面焊双面成形，成为制约焊接生产的难题。激光-MAG复合热源焊接具有熔深大、焊速高、焊接过程稳定等突出优势，在进行SMA490BW材料T型接头复合焊接时，坡口钝边尺寸在2～4mm之间变化，组装间隙在0～1．5mm之间变化，组装点固焊缝高度小于4mm时，可实现同一焊接工艺参数下良好的单面焊双面成形，接头疲劳性能比MAG焊提高37％，具有较强的工程应用价值。

工艺参数对激光-MAG复合焊热循环曲线的影响

通过改变焊接工艺参数研究了低碳钢激光-MAG焊接头的热循环曲线。实验结果表明,随着激光功率的增加,焊接为深熔焊,焊缝中心和下部热影响区的峰值温度、升温速率和到达峰值温度的时间增加,焊缝上部热影响区的温度升高;随着电弧电流的增加,焊缝的峰值温度和升温速率增加,到达峰值温度的时间增加;随着焊接速度的增加,焊缝的峰值温度和升温速率减小,到达峰值温度的时间减小。

动车组构架激光-MAG复合热源焊接工艺参数

针对高速列车转向架焊接构架中典型的平板对接接头、T型角接接头和管板搭接接头,采用激光-MAG电弧复合热源焊接方法进行了系统的焊接工艺试验,确定了平板对接、T型角接和管板搭接接头的坡口角度、钝边尺寸和组焊间隙,以及相应的激光-MAG复合热源焊接工艺参数,为激光-电弧复合焊接方法在构架制造中的应用提供了工艺参数和技术基础.

不锈钢激光-MAG复合焊接头微区性能研究

激光复合焊可用于不锈钢焊接,但激光复合焊接头热影响区小,组织变化梯度大.研究接头微区性能可以确定接头薄弱环节,为焊接接头的工艺评定和断裂分析提供理论依据.为此,本文对4 mm厚SUS301L-HT不锈钢进行激光-MAG复合焊接,采用维氏硬度、微型剪切和微拉伸等试验,研究了焊接接头焊缝、热影响区及母材的微区力学性能,并结合金相、断口扫描等分析了各微区力学性能的差异.结果表明:焊缝区域组织主要为柱状奥氏体树枝晶+少量的δ铁素体;母材的剪切强度和抗拉强度最高,分别为560和1 066 MPa,其次为复合焊接头热影响区,焊缝区域最差,接头硬度分布规律与各微区强度变化趋势一致;运用数学方法,得出了接头微拉伸强度与微型剪切强度、硬度之间关系的经验公式.接头各微区剪切断口和拉伸断口SEM分析呈现典型的韧性断裂特征.

激光-MAG复合焊能量配比对SMA490BW耐候钢焊缝的影响

针对耐候钢的激光-MAG复合焊,研究不同能量配比系数对复合焊缝熔深、熔宽、微观组织的影响。研究结果表明:随着能量配比系数的增大,焊缝总熔深逐渐增加,熔宽逐渐减小,热影响区面积先减小后小幅增大。激光功率对熔深起主导作用,电弧区的热影响区宽度明显大于激光区的热影响区宽度。热影响区中过热区晶粒组织粗化较明显。与焊缝电弧区相比,焊缝激光区的微观组织晶粒更加细小。中厚板焊接中打底层应选用大的能量配比系数,填充盖面层应选用小的能量配比系数,对接焊结果表明优化后的参数能够获得无缺陷、成形良好的焊缝。

激光-MAG复合焊接不同空间位置下熔滴形态及焊缝形貌特征

基于高速摄像图片和熔滴力学模型分析不同空间位置下不锈钢激光-MAG复合焊接的熔滴过渡行为及焊缝形貌特征。结果表明：送丝速度为7、9 m/min的激光-MAG复合焊接的熔滴过渡模式分别为短路过渡和射滴过渡。不同空间位置焊接的短路过渡时间差别较大,而射滴过渡周期很接近,均在10～14 ms。平焊和横焊的焊缝成形较好,焊缝熔深随激光功率的增加而递增,平焊焊缝的熔深均大于横焊。激光的加入使横焊焊缝熔宽显著增大,平焊焊缝的熔宽均小于横焊焊缝。立向下焊焊缝表面成形优于立向上焊。

42CrMo钢活塞激光-MAG复合焊接热裂纹试验

利用高速相机观测焊接时熔池流动和焊缝凝固过程,并求得固–液界面移动速率;利用红外热像仪采集焊缝温度随时间变化的相关信息,求得焊缝的温度梯度,对比研究42CrMo调质钢在激光焊接、激光引导的激光-MAG复合焊、电弧引导的激光–电弧复合焊三种焊接工艺时,焊缝接头处的热裂纹倾向.结果表明,激光引导的激光-MAG复合焊工艺比其它两种焊接工艺的固–液界面移动速率更小,焊缝的温度梯度也更小,具有最小的应变率和热裂纹敏感性.最后对激光引导的激光-MAG复合焊焊缝进行了显微组织观察和硬度分析.

焊接坡口类型对中部槽激光-MAG复合焊接工艺适应性及力学性能的影响

采用激光-MAG复合热源打底+双丝MAG填充及盖面焊接方法,对45 mm厚ZG30SiMn钢和高强耐磨中板NM400钢进行焊接。对比双V形、双U形及双半U形3种焊接坡口类型对焊缝熔透性、焊接间隙、钝边尺寸变化的工艺适应性,并对不同焊接坡口的接头进行室温拉伸、低温冲击测试,分析了3种接头不同位置的性能差异。结果表明,双U形坡口的工艺适应性及接头力学性能最优,双半U形次之,双V形最差,且接头根部性能差异较大,即坡口根部为圆角过渡的双U形及双半U形更适合中部槽焊接结构。