6061铝合金激光摆动-电弧复合焊组织与力学性能分析

对高铁6 mm的6061铝合金进行激光摆动-电弧锁底对接焊,以焊缝熔深与气孔率为指标,借助扫描电子显微镜(scanning election microscope,SEM),电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)等表征手段分析了摆动频率对焊缝微观组织与力学性能的影响规律.结果表明,当摆动频率升高为250 Hz时,焊缝气孔率降至1%以下,靠近熔合线附近的焊缝区域主要由柱状枝晶组成,而焊缝中心电弧区域主要由等轴枝晶组成,激光摆动频率变化会影响单位周期内光束前进距离,进而影响光束对熔池后方的搅拌能力强弱,随着激光摆动频率的增大,熔池的搅拌作用效果增强,焊缝中心等轴枝晶细化程度明显,晶粒尺寸由68μm降至44μm.当摆动频率为250Hz时,接头的抗拉强度达到最大为229 MPa,约为母材强度的73%,焊缝气孔率的降低和焊缝中心细化的枝晶组织为接头强度提高提供了有利条件.

CO_2激光-MAG电弧复合焊过程中激光功率对电弧及熔滴行为的影响

利用高速摄像系统和电弧分析仪分析CO2激光-MAG电弧复合焊过程中激光功率对电弧及熔滴行为的影响。试验结果表明:焊接过程中的实际热源间距受到焊接电流大小的影响,且当其在2 mm时焊接效果最优;在导电通道中的带电粒子在运动过程中扰动、漂移以及熔滴过渡模式、焊接模式的改变造成了焊接过程中电弧电流及电压波形的紊乱;激光功率影响了熔滴行为,当采用160 A和180 A的焊接电流时,激光功率的增加导致熔滴过渡频率先减小后增大。

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。

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。

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.

Q345E钢激光-电弧复合焊T形接头疲劳性能

为探究激光-电弧复合焊接技术在转向架结构中应用的可能性,以20 mm厚的Q345E钢T形接头为研究对象,开展了激光-电弧复合焊接试验,并采用单点法和升降法进行疲劳性能测试.结果表明,当指定循环次数为5×10^(6)时,复合焊接头的中值疲劳强度为148.3 MPa,循环2×10^(6)时的条件疲劳强度为181.5 MPa,比相应的电弧焊接头提高39.6%,且焊接组织更细小,提高了裂纹萌生过程中所需的疲劳循环次数.疲劳裂纹形貌特征表明,T形接头的疲劳裂纹起源于封底焊缝焊趾处,瞬断区为韧性断裂模式,复合焊接头疲劳性能提高的原因在于其封底焊缝焊趾处具有较小的应力集中系数,且焊缝微观组织由更为细小的晶内铁素体组成,能够有效避免疲劳裂纹过早萌生,并阻碍疲劳裂纹扩展.

1300 MPa级高强钢激光-电弧复合焊接工艺及接头微观组织演变

【目的】旨在助力高强钢激光-电弧复合焊接技术在各大领域的进一步推广应用,指导生产实践。【方法】针对9 mm厚屈服强度1300 MPa级LG1300QT高强钢,开展激光-电弧复合焊接工艺研究、焊接相变模型开发及其接头微观组织演变仿真研究。【结果】使用合适的工艺参数可以完成9 mm厚1300 MPa级高强钢激光-电弧复合焊接,焊缝成形均匀一致,射线检测(Radiographic testing,RT)满足工作需求,接头抗拉强度达到母材的85%以上;仿真得到复合焊接温度场分布与焊缝截面对应一致,仿真的接头粗晶区及细晶区马氏体含量基本超过99%,与实际结果100%马氏体基本吻合,LG1300QT钢激光-电弧复合焊接接头热影响区微观组织转变以马氏体转变为主,电弧区的部分相变区(Critical heat affected zone,ICHAZ)与过渡区和激光区的ICHAZ接头微观组织演变过程差异较大,过渡区ICHAZ与激光区ICHAZ马氏体转变程度较高,而电弧区ICHAZ奥氏体化不充分,马氏体转变程度低。【结论】对于屈服强度1300 MPa级高强钢,激光-电弧复合焊可不开坡口单道焊成形,焊缝成形美观、接头强度较高,开发的“热-冶金”耦合模型可以较为准确地反应焊接过程中温度场及组织场特征,能够体现1300 MPa级高强钢激光复合焊接的微观组织演变规律,对实际工程应用具有指导意义。

中厚板激光-电弧复合焊拼板坡口的选用

研究了船用中厚板采用激光-电弧复合焊拼板时,焊接坡口的选择方法。对20mm厚EH36船用钢进行焊接,对比Y形、带钝边的U形、带钝边的复合坡口3种形式的激光-电弧复合焊缝成形,以及不同钝边高度和坡口角度激光-电弧复合焊焊缝成形的差异。分析不同坡口对激光-电弧复合焊焊缝成形、坡口制备难易度、焊接层数的影响。结果表明:采用Y形、带钝边的U形、带钝边的复合坡口这3种形式进行激光-电弧复合焊,均可得到较好的激光-电弧复合焊焊缝成形。考虑坡口形式对坡口制备的难易度、对焊接层数的影响,得出Y形坡口最优。当钝边高度值相同时,若一定程度上增大坡口角度,则利于激光-电弧复合焊焊缝正面的成形。当坡口角度相同时,一定程度上降低钝边高度,利于激光-电弧复合焊焊缝反面的成形。

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。

X120管线钢激光电弧复合焊热模拟热影响区的组织转变

X120管线钢具有优异的综合力学性能。采用金相显微镜和透射电镜研究了X120管线钢连续冷却转变(CCT)组织,采用热模拟设备建立了常规热处理条件下的CCT曲线和激光电弧复合焊条件下的模拟热影响区连续冷却转变(SHCCT)曲线。试验结果表明,在激光电弧复合焊条件下,随着冷却速度的增加,热模拟粗晶区组织依次为粒状贝氏体、贝氏体铁素体和板条马氏体,激光电弧复合焊条件下的快速加热使A_(c1)和A_(c3)相变线有所提升,高温停留时间短使得奥氏体来不及长大,使组织细化,激光电弧复合焊条件下的M_(s)转变温度提高,马氏体转变温度区间扩大,使得形成的板条马氏体能够发生自回火,从而减小淬火应力,改善强度和韧性,提高抗开裂能力。

低碳钢CO_2激光-脉冲MAG电弧复合焊接工艺研究

为了进一步了解激光-电弧复合焊接机理及其影响因素,采用A3钢进行了CO2激光-脉冲金属熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接的工艺研究。分析了CO2激光-脉冲MAG电弧复合焊接中焊接方向、热源间距、激光功率、电弧电流、焊接速度等工艺参数的影响。结果表明,采用适当的参数,激光电弧的能量能够有效耦合,增强焊接效果。其中,复合焊接熔深是单独激光的1.6倍、MAG电弧焊接的2.2倍;焊接速度是单独激光的2.7倍。

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。

高功率CO_2激光+电弧复合焊技术在船舶制造业中的应用

激光复合焊技术作为一种快速高效的焊接方法,具有焊缝深宽比大、焊接变形小等优点,在船舶制造业中有着广阔的应用前景。本文分析了高功率CO2激光+电弧复合焊技术的特点,采用高速摄像法对光致等离子体与电弧的交互过程进行了观察分析,开展了16mm和12mm厚国产船用低合金高强钢激光复合焊对接和T形接头的工艺研究。

船舶激光-电弧复合热源焊接关键物理机制研究

从等离子体物理特性、小孔与熔池动态行为特征、焊缝成形及应力变形等方面,对激光-电弧复合焊关键物理机制进行了介绍;同时,针对船用中厚板激光-电弧热源存在的问题,以及未来发展趋势进行了探讨。对于中厚板复合焊,涉及大功率激光热源、光致等离子体与电弧存在复杂相互作用,继而复合等离子体物理特性;除收弧作用外,前者可一定程度地降低熔池表面电弧温度;而电弧等离子体拖拽力则利于增强小孔后壁稳定性,降低气孔缺陷。相比电弧焊,中厚板激光-电弧复合焊可显著减小高应力焊接区域和焊接残余变形。

船用钢板T型接头CO_2激光电弧复合焊工艺与组织分析

采用高功率CO2激光电弧复合焊方法对14mm厚的CCS-A船用钢板进行了熔透型T型接头的双面焊接。通过工艺参数优化,获得了焊缝成形质量良好的T型接头,焊缝共2道。工艺试验表明,接头不开坡口可降低焊缝咬边缺陷倾向;较小的激光束与面板的夹角可获得较大的熔深。光学显微镜观察发现,在焊缝区和热影响区均有马氏体组织形成,其中细晶区主要为细小马氏体。焊接接头硬度测试显示,接头最大硬度在细晶区。T型接头第二面焊接对第一面焊接有回火作用,使其硬度降低,最终焊接接头的最大硬度小于380HV。

电弧气体中CO_2含量对大功率激光复合焊等离子体及熔深影响的研究

文中采用大功率CO_2激光-熔化极电弧复合焊,以12 min厚船用E级钢板为试样进行堆焊,通过在电弧气体Ar中加入不同体积分数的CO_2,研究CO_2含量对激光电弧复合焊等离子体及焊缝熔深的影响。试验结果表明,电弧气体CO_2体积分数为15%与25%时,焊接过程等离子体比5%CO_2时有所减小;与此同时焊缝熔深有所增加。15%CO_2,25%CO_2时,焊缝熔深与5%CO_2相比分别增加3%,5.1%;25%CO_2时,焊缝熔深与15%CO_2相比增加2%。

Q690钢激光-MIG复合焊焊缝耐腐蚀性能研究

采用焊接效率较高的激光电弧复合焊对Q690钢中厚板(16 mm)进行焊接试验,分析不同激光功率下焊接接头的显微组织和晶粒尺寸的变化,及其开路电位、交流阻抗谱、极化曲线和腐蚀形貌,探讨激光功率对焊缝电化学腐蚀行为的影响规律。结果表明,激光-MIG复合焊焊缝的显微组织由大量针状铁素体和少量侧板条铁素体、粒状贝氏体组成,其中电弧区的针状铁素体、侧板条铁素体含量多于激光区,电弧区的晶粒尺寸比激光区略大;粗晶热影响区显微组织主要由板条马氏体组成。随着激光功率的增加,焊缝中粒状贝氏体含量减少,针状铁素体和侧板条铁素体含量增加。当激光功率从1.5 kW增至2.5 kW时,焊缝的开路电位上升,容抗弧半径增加,极化电阻变大,极化曲线有右移倾向,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能提高。但当激光功率增至3.0 kW时,由于组织过于粗大,耐腐蚀性能反而下降。激光功率为2.5 kW时,复合焊焊缝的耐腐蚀性能最佳。

TIG电弧辅助激光焊TA2直缝薄壁焊管的组织性能研究

为解决纯钛TA2直缝管在钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰成形缺陷等问题,提出了TIG在前的电弧辅助激光焊工艺。针对φ19 mm×0.7 mm的TA2直缝焊管,对单TIG自熔焊和TIG电弧辅助激光焊采用不同的热源模式,采用Abaqus软件建立焊接有限元模型,对比分析了这两种焊接过程中的温度循环曲线和焊后残余应力,并对得试验到的TA2薄壁焊管进行了显微组织分析及性能测试。结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头轮廓相近,TIG电弧辅助激光焊接时焊缝中心温度、焊后Von Mises应力低于TIG焊接的。与TIG焊相比,TIG电弧辅助激光焊的焊缝中心及热影响区的显微组织更小,抗拉强度、伸长率基本持平,屈服强度更高。在获得良好焊缝成形的条件下,采用TIG电弧在前的电弧辅助激光焊方法可以获得较高的焊缝质量。