脉冲光纤激光-MIG复合焊接A7N01铝合金接头组织及力学性能

研究了光纤激光的连续输出、脉冲调制输出与MIG电弧复合焊接A7N01铝合金的工艺特性,并对比研究了两种激光输出方式下焊接的A7N01铝合金接头组织和力学性能。结果表明:脉冲与连续激光-MIG复合焊接铝合金焊接接头主要差异在于焊缝内部气孔数量和分布位置不同。脉冲激光在一定程度上能起到增强熔池流动性,促使气泡上浮的作用,焊缝气孔的数量明显减少,只有少量气孔分布在焊缝的上方;但过高的脉冲频率会引起焊缝内部气孔数量的增加。在频率为20 Hz的脉冲激光作用下,焊缝组织得到了一定程度的改善,接头的柱状晶区宽度有所减小,接头的抗拉强度及冲击韧性也有一定程度的提高。

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。

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。

中厚板铝合金激光-MIG复合焊接工艺及组织性能

针对8 mm厚6005A-T6铝合金,分别采用I形坡口和Y形坡口进行激光-MIG复合焊接试验,通过对比研究不同坡口形式接头的焊缝成形、组织特征、硬度分布和拉伸性能,分析坡口形式对接头性能的影响规律。结果表明,两种坡口形式均能获得高质量的焊缝,但I形坡口焊缝的电弧主要作用区熔深更大。焊缝中心均为树枝状晶并且晶粒尺寸类似,与Y形坡口相比,I形坡口焊缝柱状晶区的宽度更大,且热影响区存在晶粒粗大的现象。I形坡口焊缝区和熔合线附近的硬度均低于Y形坡口,而热影响区的硬度高于Y形坡口。I形坡口和Y形坡口接头的平均抗拉强度分别为202.0 MPa和205.2 MPa,试样均断裂在熔合线附近,断裂路径与熔合线一致,断口呈现典型的塑性断裂特征。

装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究

采用激光先导方式的激光-电弧复合焊对高速列车车体常用的6082-T6铝合金锁底接头进行焊接试验。通过改变水平间隙和竖直间隙的大小,研究其对焊缝成形、熔深熔宽和气孔率的影响,并结合Fluent数值模拟软件进行验证。结果表明,随着水平间隙的增加,焊接接头的熔深和熔宽都呈现逐渐增大的趋势,特别地,当水平间隙从0 mm增大到1.2 mm时,熔深和下部熔宽分别从5.91 mm和1.65 mm增加至6.45 mm和2.46 mm,这主要归因于激光焊接热输入的增大;另外,接头气孔率呈现先下降后上升的趋势,当水平间隙为0.7 mm时,气孔率达到最小,仅为9.21%,小于无间隙时的10.86%和间隙为1.2 mm时的12.61%,这说明一定的水平间隙尺寸有利于提高匙孔稳定性,而过大的水平间隙尺寸则会造成匙孔稳定性变差;另外,随着竖直间隙的增加,尽管接头的熔深熔宽无明显变化,但气孔率呈现不断增大的趋势,从10.86%增大到15.85%,说明竖直间隙的存在不利于维持熔池匙孔的稳定性。最佳装配间隙尺寸为:水平间隙0.7 mm和竖直间隙0 mm。本研究将为采用激光-电弧复合焊接技术来实现高速列车用铝型材的高质量焊接提供工艺指导,并扩大激光-电弧复合焊接在相关领域的应用范围。

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。

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.

6009铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊和光纤激光焊工艺对比研究

采用光纤激光-MIG复合焊和光纤激光焊分别对6009铝合金进行焊接,研究两种焊接方式下焊接接头的成型性、显微组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌的不同。研究表明:激光电弧复合焊的焊接速度是激光焊接的3倍;相比于激光焊,激光电弧复合焊焊缝中心显微组织更加细小;接头的抗拉强度达到母材的63%以上,而激光焊接的抗拉强度仅仅只有母材的38%;显微硬度试验表明:复合焊存在软化区,而激光焊接几乎没有软化区;断口分析表明:复合焊和激光焊的拉伸断口都是典型的韧窝状态,但是复合焊接的韧窝更加均匀。

400MPa球墨铸铁光纤激光-MIG电弧复合焊接头的断裂特征

采用填充308L不锈钢焊丝光纤激光-MIG电弧复合焊方法,焊接厚度为5mm的风电关键部件用400 MPa级球墨铸铁,获得了表面成形良好且熔透的焊缝,研究了MIG电弧热输入对接头拉伸性能和断裂特征的影响.结果表明,电弧热输入较小时,接头的拉伸性能差,断裂沿熔合线发生,断口为脆性断口;电弧热输入较大时,接头的拉伸性能较好,断裂自半熔化区顶部沿母材发生,断口顶部为脆性断口,底部为韧性断口.接头断裂特征的差异是由接头中焊缝和半熔化区底部莱氏体的量的不同导致的.基于以上研究,获得了抗拉强度为346.4 MPa、断后伸长率为5.4%,断裂发生在母材上的优质接头.

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。

高频脉冲耦合铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡及其熔覆特性

采用高频脉冲电源与单脉冲MIG焊电源并联叠加的方式与激光热源复合,形成高频脉冲耦合激光-MIG复合焊接方法.在A7N01铝合金板材上进行堆焊试验,用高速摄像研究高频脉冲耦合后电弧及熔滴过渡行为的变化,并通过金相观察研究高频脉冲耦合对熔覆层成形及组织的影响.结果表明,高频脉冲耦合后弧长增大,电弧电压增大、基值电流减小,峰值电流变化不大;熔滴由部分亚射流过渡转变成完全射流过渡;熔覆金属表面光滑,"鱼鳞纹"特征消失,无"指状"熔深问题;熔覆层晶粒大小变化不明显,但晶粒内部强化相颗粒变小,分布更加均匀.

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。

光纤激光-MIG复合焊参数对钛合金焊缝成形的影响

采用板面堆焊方法,在焊接电流为极小值和极大值的条件下,通过试验研究了光纤激光- MIG复合焊工艺参数对工业纯钛焊缝横截面形貌、熔宽和余高的影响。

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。

船用耐蚀钢DH36光纤激光-MIG复合焊接头组织和性能

为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺,分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响.结果表明,在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头,随着送丝速度的增加,电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加.焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成,送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响.增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大,但减小了断后伸长率,接头断后伸长率最高达16.5%.接头极化曲线测试表明,当送丝速度为7.5 m/min时,自腐蚀电流密度最小,腐蚀倾向最低.