激光-MIG复合焊接技术在车身制造过程中的应用

以铝合金车身结构焊接为例介绍了激光-MIG复合焊接技术的原理及特点。将激光焊与电弧焊两种焊接技术有机地结合起来,可以获得具有优良综合性能的焊接接头,不仅可以改善焊接质量和生产工艺性,同时可以提高焊接效率。

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头疲劳裂纹扩展行为研究

为探究12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头在不同区域的疲劳裂纹扩展行为,并分析微观组织与裂纹扩展之间的相互作用。利用体式显微镜、相显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术分别对接头不同部位的裂纹扩展速率,裂纹扩展路径的变化,接头不同区域的显微组织与裂纹扩展的交互作用和裂纹尖端周边组织的变形特征进行了深入探究。结果表明,在裂纹稳定扩展阶段,母材区域的裂纹扩展速率最大,分别是热影响区和焊缝区域裂纹扩展速率的1.16倍和1.81倍。当ΔK=20 MPa·m^(1/2),母材裂纹扩展速率为3.39×10^(-4)mm/cycle。裂纹尖端的IPF图表明,在焊缝区中存在的50°~70°的大角度晶界占比为36.36%,高于母材的11.91%和热影响区的11.65%,大角度晶界的存在使裂纹沿晶界偏转或消耗更多能量穿过晶界,增大裂纹扩展阻力,表现出较好的裂纹扩展抗性。母材和热影响区表现出沿晶脆性断裂和韧性断裂的混合断裂模式,而焊缝区主要呈韧性断裂模式。此外,EBSD分析结果表明,焊缝区裂纹尖端附近具有更高的几何位错密度,位错在马氏体边界聚集,导致裂纹沿晶界发生偏转,进一步阻碍了裂纹的扩展。施密特因子分析也表明,焊缝区组织间的取向差差异较大,导致其裂纹扩展门槛值较高。综上,焊缝区中存在的大量大角度晶界和高位错密度是焊缝区具有较高裂纹扩展抗性的主要原因。

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究

目的探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系,分析接头不同区域的断裂行为。方法利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织,在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试,并对试样断口进行了观察分析。结果接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶,晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针状α相,靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心,母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相,并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大,这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性,平均值为87.14 MPa·m1/2,焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高的主要原因。结论在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中,针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显微硬度和断裂韧性,但相较于母材塑性没有提升,通过调控焊缝区显微组织结构,可以获得所需性能的接头。

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。

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%.

激光-MIG复合焊接304不锈钢工艺研究

为了研究304不锈钢光纤激光-MIG(metal inert-gas welding)复合焊接性能,采用正离焦的方法进行了大量的焊接实验。分析了送丝速率、弧长、激光功率、光丝距离、焊接方向和不同对接接头等参量对焊接成形的影响。结果表明,在焊丝的干伸长度为15mm、光丝距离为2mm、采用前送丝时,通过适当调节送丝速率、弧长可以实现较好的焊接效果;小直径焊丝有利于形成较小熔宽和余高的焊缝,而通过加入引弧板可以解决初始位置焊缝成形较差的问题。因此,采用合适的激光-MIG复合焊接工艺可以实现304不锈钢较好的焊接效果。

5052铝合金CO_2激光-MIG复合焊接工艺对焊缝成形的影响

以10 mm厚的5052铝合金为研究对象,研究CO2激光-MIG复合焊接工艺参数对其焊缝成形的影响规律。结果表明:焊缝熔深及熔宽随电弧电流的增加先增加后减少而后再增加,随激光功率的增加逐渐增加,随焊接速度的增加迅速下降;热源间距对焊缝熔深影响较大,对焊缝外观形貌影响很小。在He气中加入Ar气对改善焊缝表面成形和咬边等有明显的效果,随着加入的Ar气量增大,效果越明显;加入少量的Ar气有利于提高焊缝熔深,过量反而降低焊缝熔深。激光功率低于1 500 W有轻微咬边,在2 500 W有激光"匙孔"现象出现;当焊接电流为130～145 A、激光功率为3.5～4.5 kW、焊接速度为1～2 m/min、离焦量为-1～0 mm、热源间距为2～3 mm、Ar气流量为5～15 L/min、He气流量为10～20 L/min时,得到较好的焊缝形貌及焊缝熔深。

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。

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.

7N01铝合金激光-MIG复合焊接工艺研究

以4 mm厚7N01铝合金为研究对象,通过改变激光功率、MIG焊接电流﹑焊接速度等焊接工艺参数,研究了其激光-MIG复合焊接工艺,并对不同工艺下接头的抗拉强度及显微组织进行了研究。结果表明,激光-MIG复合焊能够非常高效地焊接7N01铝合金,在最优工艺下接头的抗拉强度为256.94 MPa,达到母材抗拉强度的59.75%;通过降低激光功率提高MIG焊接电流,可以有效地改善接头的气孔缺陷,提高接头力学性能;接头的组织为典型的激冷结晶组织,主要为树枝晶和等轴晶。

7A05铝合金激光-MIG复合焊接头组织分析

采用SEM和TEM对激光-MIG复合工艺焊接的7A05铝合金接头拉伸断口及组织进行了分析。SEM结果表明,室温拉伸断口热影响区为2～5μm的小韧窝,焊核区域为30～50μm的大韧窝,断裂方式为沿晶断裂和少量的解理断裂。TEM分析结果表明,HAZ区域不再存在卵′相,仅仅只有Al_3Zr,说明在激光-MIG焊接的温度场作用下,焊接接头处热影响区出现了明显的η′相的回溶,丧失了η′相的弥散强化作用。

球墨铸铁和铁素体不锈钢的激光-MIG复合焊接性能

为了研究球墨铸铁(FCD450)和铁素体不锈钢(SUS430)的异种焊接性能,采用3种不同镍质量分数的焊丝对球墨铸铁和铁素体不锈钢进行激光-MIG复合焊接试验,并确定最佳焊接条件.通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、电子探针(EPMA)和维氏硬度计对焊接接头的显微组织、成分分布及硬度分布进行分析,并对焊接接头进行拉伸试验.试验结果表明,在最佳焊接条件下,通过添加3种焊丝,焊接接头无裂纹出现且焊缝成型良好.由于焊丝的作用,焊缝金属铬和镍的质量分数较高.随着焊丝Ni质量分数的增加,焊缝宽度明显减小.由于莱氏体和马氏体的存在,拉伸试样都断在FCD450侧的半熔化区或热影响区.

激光与其它热源复合焊接技术的研究进展

激光束与其它热源复合,通过两种热源的协同效应,弥补单纯激光焊接的不足之处,可以焊接两种单独热源难以完成的接头形式,获得单热源难以达到的高效焊接效果。文中对已经在工程上得到应用的激光与TIG电弧、MIG电弧、双电弧、等离子弧、高频感应热以及搅拌摩擦热的复合热源焊接技术进行了比较,归纳了它们的原理、特点及应用范围。此外,总结了上述几种复合热源焊接技术的国内外最新研究进展,介绍了激光-电阻缝焊等几种最新的基于激光复合热源焊接方法,评价了其特点和应用前景。最后指出激光复合热源焊接技术是今后激光焊接的发展趋势。

光纤激光-MIG复合焊接中厚板铝合金组织特征

研究了光纤激光-MIG复合焊接中厚板铝合金的焊缝组织。结果表明,光纤激光-MIG复合焊接可一次焊透8 mm厚铸造铝合金ZL114,焊缝中没有大的工艺气孔,也无热裂纹,但出现较多的冶金气孔。焊缝主要由α(Al)和Al-Si共晶组成,焊缝上部、中部和下部组织变化不明显,焊缝没有分层现象。焊缝较热影响区和母材组织细密,焊缝和热影响区的共晶组织类似,但焊缝和母材共晶组织明显不同,体现在共晶形态和Si含量的不同,但母材的共晶组织在一定的热循环条件下,可以转变为与焊缝类似的共晶组织,伴随的是枝晶数量的减少,枝晶在母材和焊缝中都占绝大部分。

5052铝合金CO_2激光-MIG复合焊接气孔特性分析

CO2激光-金属惰性气体保护焊(MIG)复合焊接作为一种高效快速的焊接方法,其焊接铝合金较易产生气孔。为了分析中厚度铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔特性,采用在10mm厚的5052铝合金上进行堆焊试验的方法进行了理论分析和实验验证,可知热源间距和背部保护气垫块对铝合金CO2激光-MIG复合焊接气孔有较大的影响,热源间距在2mm～3mm时气孔率最小。结果表明,采用背部保护气垫块可以有效抑制气孔。

AZ31镁合金激光-MIG复合焊接接头组织和疲劳性能研究

为了提高AZ31镁合金激光-MIG复合焊接接头的可靠性,本文开展了10mm厚AZ31镁合金组织和疲劳性能研究,分析了复合焊接接头的组织、硬度及疲劳性能。结果表明:镁合金激光-MIG复合焊缝形貌呈V型,焊缝热影响区较小,焊缝区为细小的等轴晶组织,且电弧区晶粒大小大于激光区,焊接接头软化区小。镁合金激光-MIG复合焊接接头沿焊接方向疲劳性能呈现出"先减后增,而后再减"的变化规律。

A7N01铝合金激光-MIG复合焊接工况适应性研究

针对高速列车用6 mm厚A7N01P-T4铝合金,选择不同的焊接速度、坡口间隙、热源间距、错边量等进行激光-MIG复合焊接,并分析焊接接头的宏观成型、显微组织及力学性能,以此研究激光-MIG复合焊接的工况适应性.研究结果表明：激光-MIG复合焊接6 mm厚A7N01P-T4铝合金板,焊接速度在0.9～1.1 m/min时可以获得成型良好、性能稳定的接头;热源间距在1～4 mm时可获得成型良好、性能稳定的接头;错边量在1.0 mm以下时的焊接接头成型良好、力学性能正常;坡口间隙在1.0～1.2 mm时获得的接头成型最好,性能也最佳.

15mm厚A7N01铝合金MIG与激光-MIG复合焊接对比

试验采用MIG与激光-MIG复合焊接方法对15 mm厚A7N01铝合金进行焊接,对比两种方法的焊接工艺参数、接头组织和力学性能。研究结果表明,激光-MIG复合焊接接头常规力学性能方面略好于MIG;激光-MIG复合焊接的焊接效率明显高于MIG,且其焊接热输量入显著低于MIG。激光-MIG复合焊接方法在铝合金厚板焊接方面具有一定优势。

排布方式对铝合金激光-MIG复合横向焊接特性的影响

采用常规激光-熔化极惰性气体保护电弧(Metal inert gas,MIG)复合横向焊接铝合金过程中,焊缝表面极易出现咬边和下塌等缺陷,由此开展排布方式对激光-MIG电弧复合横向焊接铝合金焊接特性的影响研究。分析二者的排布方式对熔池特征、熔滴过渡形式以及焊缝成形规律的影响。试验结果表明,异面引导复合焊接方式对焊缝成形有明显改善作用,焊缝表面熔宽减少、中心线偏移和咬边缺陷得到有效抑制。采用同面引导复合方式时,熔滴过渡到匙孔后方,熔池下侧熔融金属大量堆积并产生周期性的波动,导致焊缝结晶组织出现了分层现象;而采用异面引导复合方式时,熔滴过渡到匙孔下方,并且熔滴在熔池中的落点位置与同面引导方式相比要偏上,熔滴过渡频率稍低,此时熔池中熔融金属分布较为均匀,熔池下部堆积金属较少,有效抑制了焊缝的下塌和咬边缺陷。

AZ31激光-MIG复合热源焊接参数对焊缝形貌的影响

通过焊接工艺试验,研究10、27mm厚AZ31镁合金在CO2激光-MIG电弧复合热源焊接过程中焊接参数对焊缝形貌的影响。结果表明,在复合热源焊接中,焊缝熔深随焊接电流和激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小。当焊接电流为120~150A,激光焊接功率为2500~3500W,焊接速度为500~1000mm/min,热源间距为1~2mm,离焦量为0~1mm时得到较好的焊缝形貌。