激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。

5083铝合金激光-MIG复合单面焊双面成形打底焊工艺优化

采用激光-熔化极惰性气体保护电弧(MIG)复合焊对5083铝合金板进行打底焊,以模拟铝合金罐体单面成形对接焊缝,研究了激光束摆动方式(不摆动、直线摆动、圆形摆动、方形摆动)、激光功率(2.5~4.0 kW)、组对间隙(0,1 mm)和错边(0,1 mm)对焊缝成形质量的影响,并分析了优化工艺下接头的力学性能。结果表明:在3.0 kW激光功率下,当激光束不摆动时,焊缝背面不连续并伴有凹坑,当激光束直线摆动时,焊缝内部存在大量气孔;在圆形激光束摆动模式下,当激光功率为2.5 kW时,焊缝背面未形成连续的全熔透焊缝,当激光功率为4.0 kW时,焊缝出现严重的下塌现象。3.0~3.5 kW激光功率以及圆形或方形激光束摆动模式能够实现单面焊背面自由成形,且焊缝成形良好,在不同组对间隙和错边条件下表现出较强的适应性;在激光功率为3.0 kW、激光束摆动模式为圆形摆动的优化工艺下,焊接接头抗拉强度达到母材的90%,正弯和背弯后接头中均未出现裂纹和其他开口缺陷,满足工程应用要求。

Ti6321合金激光-MIG复合焊接接头组织和力学性能分析

对6 mm厚的Ti6321钛合金板开展激光-MIG复合焊接试验,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明,焊缝区金相组织主要为粗大的β柱状晶和细小的针状α’相形成的网篮组织;热影响区金相组织分布不均匀,近焊缝区组织主要由针状马氏体α’相和等轴α相组成,而近母材区组织主要由等轴α相、针状马氏体α’相和少量残余β相组成。拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,抗拉强度均值为935 MPa。焊缝和热影响区的硬度明显高于母材,最高硬度值出现在熔合线附近。

激光-MIG复合角焊缝成形工艺研究

目前,复合焊接技术研究多关注于薄板拼接焊,角焊缝焊接仍采用单热源,焊缝成形效果差。针对8 mm厚的Q235低碳钢板角焊缝,研究了激光-MIG复合焊接时,各工艺参数对角焊缝成形尺寸及熔池状态的影响。结果表明:MIG弧焊熔池飞溅较大,焊缝熔深、熔宽均较小,加入激光热源后,激光对电弧有一定的稳定作用,熔深、熔宽均增大,余高减小。弧焊熔池尺寸随电流增大而增大,当激光熔池与弧焊熔池耦合较好时,有利于稳定熔池、减少飞溅;随热源间距增大,熔滴不再滴入激光作用区,耦合作用下降;随焊接速度提升,热源在单位长度焊缝作用时间变短,熔深、熔宽下降。当激光功率为1.5 kW,焊接电流为220 A,热源间距为2 mm,焊接速度为600 mm/min时,弧焊熔池与激光熔池耦合好,熔池最为稳定,焊缝成形最佳。

高强海工钢激光-MIG复合焊研究

高强海工钢具有强度高、质量轻等优点,在海洋工程、船舶制造等领域被广泛应用,然而高强海工钢焊接性较差、服役环境恶劣,传统的熔化焊方法很难实现高质量焊接。激光-MIG复合焊作为一种新型、高效、优质、节能的焊接方法,焊接高强海工钢具有独特优势。本文介绍了激光-MIG复合焊相较于其他焊接技术的优点,综述了激光-MIG复合焊过程中焊接参数对高强海工钢焊接接头显微组织和力学性能的影响,对高强海工钢激光-MIG复合焊的发展做了预测。

中厚板铝合金激光-MIG复合双层焊接方法

提出了激光-MIG复合双层焊接中厚板铝合金方法,该方法分两层进行焊接:第一层为打底焊,解决焊接熔深不足的问题;第二层为盖面焊,解决焊缝成形不良的问题.结果表明,在激光器额定功率为4 kW时,采用激光-MIG复合双层焊接方法焊接ZL114A材料的熔深可达10 mm,接头抗拉强度平均值为238 MPa,大于母材抗拉强度的80%.采用激光-MIG复合双层焊接方法焊接了某航天产品圆筒形模拟件,焊缝成形良好,熔深达到9 mm,焊缝内部无裂纹、未焊透及未熔合等缺陷,无可见夹杂物,存在的缺陷形式主要是链状气孔,气孔直径均小于1 mm,焊后基本无变形.

双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.

钛合金激光-MIG电弧复合焊接头组织性能

通过激光-MIG电弧复合焊的方法进行TC4钛合金板的焊接,对获得的焊接接头进行组织性能分析。结果表明:焊接接头焊缝区由长针状α'马氏体贯穿整个β柱状晶构成,柱状晶平均宽度为150μm,在α'马氏体之间还会形成细小的次生α'马氏体,最终焊缝区呈杂乱无序的网篮状形貌,通过XRD测试,确认焊缝中主要由α'马氏体组成;焊接接头显微硬度分布总体呈现为焊缝区>热影响区>母材区的分布规律;焊接接头的抗拉强度和断后伸长率略高于母材,同时断裂位置也在母材区域,焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围,韧窝深且均匀,呈微孔聚合韧性断裂特征。

铝合金激光-MIG复合焊研究现状与展望

铝合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性及较高的比强度,在航空航天、轨道客车、汽车工业、船舶制造等领域都得到了广泛应用。激光焊具有能量密度高、焊接熔深大、焊接速度快、焊接变形小等优点,但同时也存在对装配精度要求高、易产生焊接气孔、激光能量利用率低、设备使用及维护成本高的问题。激光焊用于铝合金焊接时焊接气孔问题尤其严重,还存在接头软化等问题。为了解决铝合金激光焊接存在的问题,国内外焊接工作者针对铝合金激光-MIG复合焊技术开展了大量研究。通过对近几年最新的研究成果进行总结,可以进一步加强对该焊接技术的研究,促进该焊接方法在工业生产中的应用。本文针对铝合金激光-MIG复合焊,从薄板焊接、厚板焊接、异种金属焊接、辅助焊接、焊接气孔等几方面总结了铝合金激光-MIG复合焊的最新研究进展和研究成果,并基于当前的研究现状提出存在的问题和展望未来的发展方向。

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材,开展激光-MIG复合焊工艺试验,研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律,分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下,较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区,相比电弧主要作用区,激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象,焊缝区硬度最低,热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa,为母材抗拉强度的80.6%,试样断裂于焊缝区,表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa,裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处,裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。

激光-MIG电弧复合焊接6082-T6铝合金气孔抑制机理研究

焊接气孔是铝合金激光复合焊接接头常见的缺陷之一,文章采用激光-MIG复合焊接工艺,研究了6082-T6铝合金在常规焊接路径和光斑摆动焊接路径下的气孔产生与抑制机理。结果表明,针对6 mm铝合金对接焊缝,在常规焊接路径工艺下,接头气孔率随着能量密度的增加而降低,最小气孔率达1.53%,而在光斑摆动焊接路径工艺下,由于光斑摆动的效应,接头气孔率明显降低,最低气孔率达0.33%。对接头进行力学性能测试,两种工艺下接头的强度均达到母材的70%~80%,但常规焊接路径工艺下拉伸从焊缝处断裂,而光斑摆动路径工艺下拉伸均从热影响区断裂。此外,在常规焊接路径下,接头的弯曲性能不合格,而在光斑摆动路径工艺下,接头的弯曲性能测试均合格。接头的力学性能对接头的气孔率表现出了较大的敏感性。

TA12钛合金激光-MIG电弧复合焊残余应力研究

对TA12钛合金平板进行激光-MIG电弧复合焊,采用X射线衍射法对TA12钛合金焊接接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力的分布规律,并对其进行分析与评价。结果表明,在接头纵截面上(距熔合线3 mm)横向应力整体表现均为压应力,压应力峰值-767.6 MPa出现在引弧点;横向应力、纵向应力在中间区域存在应力稳定区,引弧、熄弧区域应力波动幅度大;在接头横截面上(垂直于焊接方向),横向应力、纵向应力均在距熔合线6 mm处出现压应力峰值,分别为-376.8 MPa和-225.6 MPa;在远离焊缝的边缘区域,横向应力维持零应力状态波动,纵向应力则在-100 MPa压应力范围内波动。

TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织性能

采用激光-MIG复合焊接方法实现了3 mm厚TC4钛合金的焊接,并研究了焊接接头的组织特征、硬度分布、拉伸性能和耐蚀性能。研究结果表明:激光-MIG复合焊接可以实现TC4钛合金的高质量焊接,焊缝成形良好,无明显缺陷;焊缝中心为粗大的β相柱状晶,晶内为细小的针状α′马氏体;热影响区主要为等轴状的α相+β相+α′马氏体,随着远离熔合线,晶粒越来越细且α′马氏体含量越少;焊缝区硬度最高、热影响区硬度次之,母材区硬度最低,且热影响区粗晶区硬度高于细晶区硬度;焊接接头平均抗拉强度为1069 MPa,平均断后伸长率为5.3%,试样均断裂在靠近热影响区的母材区域,断口呈现塑性断裂特征,同时焊接接头的耐蚀性能略高于母材。

超声波振动焊丝辅助铝型材激光-MIG复合焊工艺特性的研究

针对高速列车车体用6A01-T5铝合金型材,开展超声波振动焊丝辅助激光-MIG复合焊工艺试验,研究超声波振动焊丝对焊缝成形、气孔缺陷、微观组织、显微硬度及拉伸性能的影响。试验结果表明:在超声波振动焊丝辅助的作用下,激光-MIG复合焊焊缝的熔深及底部熔宽略有增加;焊缝内气孔数量显著减少,增大超声波振幅后,气孔体积有所减小;在超声波空化作用及声流作用下焊缝及熔合区晶粒得到明显细化,焊缝显微硬度有所升高,但仍为焊接接头最薄弱部位;焊接接头的抗拉强度得到明显提高,随着焊接速度的提高,超声波强化作用减弱。

AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析

采用激光-MIG复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等，并检测了接头区域硬度和接头强度。试验结果表明：采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝，无明显的缺陷；焊缝热影响最大宽度位于激光区，约为100μm，焊缝组织为15～25μm的等轴晶粒；相比于母材，焊缝区的镁元素出现烧损，铝和锰元素的比例有一定增加；焊缝区主要为Mg，Al和少量的MgO相。焊接接头硬度值较均匀；焊缝抗拉强度达到222MPa，断口形貌为混合断裂断口。

激光-MIG复合焊中激光与电弧前后位置对焊缝成形的影响

为了便于激光束焊接高反射率的铝合金,研究了激光-MIG复合焊方法中激光与电弧前后位置对焊缝成形的影响。激光入射角度在电弧和激光束前后相对位置不同情况下,分别对应不同的焊缝成形机制会对焊缝的表面和内部成形产生比较大的影响,激光束在前电弧在后,焊缝上表面成形均匀饱满;而电弧在前激光束在后,焊缝表面会出现倾斜沟槽。通过对焊缝不同位置进行EDX和微观硬度分析可以明显发现两种情况下Mg元素含量从焊缝上表面到底部依次增加,但硬度分布略有差别:激光在前电弧在后焊缝上部的硬度小于底部,而电弧在前激光在后焊缝上部的硬度大于焊缝的底部。对铝合金施焊之后的焊缝表面及其两侧会有一层黑色物质,通过EDX分析可以确定为铝、镁的氧化物。

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207MPa,达到母材强度的71%.

工业纯钛光纤激光-MIG复合焊接工艺及性能

采用光纤激光与熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)复合焊接工业纯钛,分别对激光焊、MIG焊和复合焊接头的焊缝表面成形、横断面进行了观察,并进行了激光焊和复合焊接头的拉伸试验及杯突试验.结果表明,复合焊的电弧稳定性比MIG焊显著提高,焊接速度可提高7倍;复合焊与激光焊接头的抗拉强度高于母材;复合焊接头的杯突值优于激光焊接头的杯突值,这是因为复合焊焊缝的微观组织有利于接头的塑性.因此,采用光纤激光-MIG电弧复合焊接方法很好地实现了工业纯钛的高速焊接,焊缝成形良好,接头的塑性优于单一激光焊的塑性.

焊接电流对铝锂合金激光-MIG复合焊焊缝成形的影响

对3mm厚5A90铝锂合金板材进行YAG-MIG复合焊试验,发现复合焊虽能增加MIG焊缝的熔宽和熔深,但当焊接电流小于一定阈值时,复合焊效果并非大于二者单独施焊效果之和,即复合焊只能实现"1+1<2"的焊接效果;只有当焊接电流超过该阈值时,复合焊才会出现"1+1>2"的焊接效果,此时复合焊的优势才得以充分体现。这主要是在复合焊接过程中,电流的高低影响熔池的铺展性,进而影响激光对母材的穿透力所致。

高强铝合金的激光-MIG复合焊接的实验研究

以20 mm厚的高强铝合金2519-T87为研究对象,研究了激光-MIG复合焊接工艺的工艺参数、坡口形貌以及热处理制度对高强铝合金的平板对接接头的抗拉强度的影响。研究表明:采用类似双U型坡口比国外常用的双V型坡口更有利于复合焊的焊接;保护气体对焊接接头的气孔的形成比较敏感,从而影响焊接接头的抗拉强度,复合焊的保护气体一般采用He气中添加少量的Ar;送丝速度通过改变焊接热输入来影响焊缝组织的晶粒大小以及强化元素的烧损量对焊接接头的强度影响较大。焊后对接头进行合适的热处理,可以显著提升接头的抗拉强度。