钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统设计

为了提高飞机壁板结构的蒙皮和加强筋之间的焊接质量,减少蒙皮的焊接变形,设计了钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统。系统采用标准工业激光焊接机器人,双光束激光焊接方法并辅以外部纵向水平驱动轴机构的方案,结构简单,成本较低,可有效的提高焊接质量和速度。通过对工艺参数分析并进行实验,得到了良好的焊接样品,满足了飞机蒙皮焊接的质量要求,有效提高了飞机的隐身和降噪性能,完善了国内双激光焊接平台焊接长桁蒙皮结构机身壁板的技术。

Ti55钛合金双激光焊接T型接头组织与力学性能研究

对1.5⊥1.5 mm的Ti55钛合金T型接头进行了双激光焊接试验,观察了接头的宏观形貌,分析了接头不同区域的组织结构,以及接头的高温拉伸性能和常温剪切性能。结果表明:Ti55钛合金T型接头焊缝表面成形较好,横截面没有焊接缺陷。从接头母材区域到熔合区,接头的晶粒尺寸逐渐增大,β相含量逐渐减少,α与α'相含量逐渐增多。随着拉伸温度的升高,T型接头的抗拉强度逐渐降低,而伸长率逐渐升高。接头去除立筋后的剪切性能比母材高3.3%。

TC4钛合金T型接头双面双弧MIG焊接特性研究

对30 mm厚TC4面板和15 mm厚TC4腹板构成的T型角焊缝采用双面双弧MIG方法进行焊接,采用高速摄影对熔滴过渡形态进行了观测,采用数值模拟方法对比了单侧焊接和双面双弧焊接的温度分布,并对双面双弧焊接的焊缝成形进行了观测,对焊接接头组织进行了分析,并对接头显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明:采用双面双弧MIG焊接可以获得成形良好内部无缺陷的焊接接头。焊接熔滴过渡形式为连续的滴状过渡,过渡过程稳定均匀。双侧焊接时,两侧温度场对称分布。接头冶金结合良好,焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部为长针状α'、层片状α和块状α相。面板侧热影响区为残余初生α、层片状α和残余β相。腹板侧热影响区为针状α、层片状α和残余β相。腹板和面板侧热影响区的显微硬度均高于母材。焊接接头抗拉强度达到969 MPa以上,断裂位置位于母材。

三维虚拟 T 型接头双作用激光焊接装备功能综合演示系统开发

本文从 T 型接头双作用激光焊接装备的应用特点出发,对其技术特点和应用需求进行了研究,对三维虚拟 T 型接头双作用激光 焊接系统的开发意义进行了讨论,后对三维虚拟 T 型接头双作用激光焊接装备综合演示功能实现方法进行了分析。

铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接温度场模拟

为了掌握双激光束双侧同步焊接工艺特性并得到最优焊接工艺匹配参数,对由铝合金6156底板与6056桁条组成的T型焊接接头进行了有限元数值模拟和试验研究.在改进以往激光热源模型的基础上,模拟分析了不同工艺参数匹配条件下的激光焊接过程,获得了实际可行的工艺参数范围.同时研究了焊接功率和焊接速度对熔池形状的影响规律,结果表明:焊接功率和焊接速度对焊缝成形具有重要影响,且熔池形状的模拟结果与试验结果吻合良好.最终获得了最佳的焊接工艺参数,为大型客机铝合金壁板的双激光束双侧同步焊接提供了理论指导.

铝合金T型接头双激光束焊接断裂行为研究

为推动双光束激光焊接在国产大型客机机身壁板上的应用,系统研究了6000系列铝合金T型接头CO2激光焊接试验件的断裂行为。试验表明:在横向拉伸、纵向拉伸和剪切这3种检测方式下,T型接头的起裂位置均为焊趾处,裂纹沿着下熔合线扩展,下熔合线区为T型焊接接头的薄弱区。

钛合金薄壁T型件双作用激光焊接填丝状态对焊缝成形的影响

采用双作用激光填丝焊接技术实现了2 mm厚底板与1.5 mm厚立筋的TC4钛合金T型件组合的优质焊接,研究了填丝的光丝间距、填丝角度以及填丝速度对焊缝成形的影响。结果表明:由于激光斑点较小,焊道的最终成形对填丝状态非常敏感,T型件双作用激光填丝焊接中激光热源、光致等离子体以及焊丝之间的空间相互位置可以分为交叉式、接触式与分离式三种。通过控制激光焊接填丝状态改善焊缝成形,实质是调节填丝尖端、熔池以及激光等离子体三者之间的空间相对位置,控制的关键在于填进的焊丝端部应位于激光"匙孔"后缘且可躲避光致等离子体喷发路径的位置处为最佳,焊丝被熔化后以液桥方式稳定进入熔池,最终形成均匀顺滑焊道。

铝合金T型接头双侧激光焊接气孔缺陷影响规律研究

气孔缺陷是铝合金T型接头双侧激光焊接面临的主要问题,基于其工艺特点,文中系统研究了表面处理状态、光束入射角度、焊接速度、热输入和光束间距对气孔缺陷的影响规律。研究结果表明:铝合金表面保留一定厚度的纯铝包覆层才能最大程度地降低气孔缺陷;采用较大的光束入射角度和较高的焊接速度可以有效降低气孔缺陷,主要原因是小孔上方金属流动趋势由对流变为流向小孔内部更有利于气泡的逃逸;降低焊接热输入和增加光束间距均不利于降低气孔缺陷,造成小孔形状和贯通性改变并引起熔池流动行为的改变是其本质原因,保证双侧小孔对称和贯通才能利于气泡逸出并降低气孔缺陷。

焊接顺序对双激光束双侧同步焊接TC4钛合金T型接头残余应力的影响

建立了TC4钛合金蒙皮-桁条T型结构双激光束双侧同步焊接的热机耦合模型,得到了三种焊接顺序下焊后接头残余应力场,研究了残余应力的变化规律。结果表明:该T型接头横截面上的焊后残余应力在焊缝中心处出现峰值,且主要表现为纵向残余应力,横向残余应力在焊缝中心构成一个应力值较大的类三角区,远离焊缝区域,残余应力呈下降趋势。焊接顺序对焊后横向残余应力的影响较小,对纵向残余应力的影响较为显著。相比于从一端到另一端整道施焊的焊接方案,对T型接头采用分段焊接的焊后残余应力值相对较小,从桁条两端向中间施焊或从桁条中间向两端施焊均为较优的焊接方案。

高强铝合金T型接头激光焊接的研究现状

分析总结了高强铝合金T型接头激光焊接存在的几个主要问题,从工艺的优劣性方面介绍了当前高强铝合金T型接头激光焊接常用的几种工艺,通过实验论证了采用填充粉末焊接高强铝合金T型接头焊接的可行性。并提出了激光加工专用粉末制粉工艺的一个新的研究方向。

拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响

采用单元温度对单元进行生死控制的有限元计算方法研究了拘束条件对2.5 mm厚铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊接变形的影响,拘束条件包括对筋板施加和对底板施加两类,约束在焊接过程中施加,焊后冷却到室温去除.筋板拘束条件施加在筋板顶部和侧面,对比了施加与不施加约束两种情况,该两种情况连续焊接之前都采用点固焊对筋板进行固定.底板拘束条件通过在T形接头两侧设置压块对底板施压来实现,研究了压块与焊缝不同距离对焊接变形的影响.最后进行了试验验证.焊接过程中对筋板施加约束有利于减小焊接过程中及焊后筋板变形.底板纵向约束影响T形接头焊件挠曲变形的大小和方向,对角变形影响不大.焊接过程中对底板施加y向约束,有利于减小角变形.对底板加纵向约束与不加纵向约束两种情况进行了试验验证,变形方向及变形量最大值的计算结果与试验结果符合.

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头。试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切载荷与单独激光焊接相比得到显著提高。激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围。

复合阻尼钢板T型接头激光焊接工艺

为满足日益复杂的焊接构件,利用六轴五联动SESAMO型三维激光切割机床对复合阻尼钢板T型接头进行激光焊接试验,采用ANSYS仿真方法选用高斯热源模拟不同激光入射角和焊接速度下工件的温度场。结果表明:仿真获得的焊接熔池形状与试验结果基本吻合;不同激光入射角有最佳的焊接速度使工件间的焊接面积最大,在激光入射角为30°时,焊接速度最佳为30 m/h;任何焊接速度下激光入射角都不应大于45°;金相试验发现焊缝无裂缝和夹渣,证明T型接头激光焊接良好。

高强钢激光复合焊接T型接头组织分析

采用15kW高功率激光复合焊接船用低合金高强钢T型接头构件。测定了接头截面的显微硬度,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了焊缝微观组织。结果表明:焊接接头没有气孔、裂纹等缺陷;焊缝和热影响区显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度最高为290HV;焊缝组织主要为细条状的粒状贝氏体和少量的M-A组元。贝氏体铁素体为细条状的铁素体,晶粒细小,晶界密度高。Cu、Ti等微合金元素形成的碳化物沉淀强化相分布于贝氏体铁素体内。细条状的粒状贝氏体组织的晶粒细化及其微合金碳化物(Cu,Ti)xCy的沉淀强化使得焊缝强度高于母材。

激光焊接T型接头残余应力测试

采用YAG激光对2 mm厚SUS304不锈钢薄板T型接头进行焊接,用小孔释放法对其残余应力进行测试,并分析了线能量对残余应力分布规律的影响。研究结果表明:不锈钢激光焊接T型接头纵向残余拉伸应力约为120～140 MPa,而横向残余拉伸应力只有50～60 MPa。激光焊接线能量增加时,纵向残余拉应力峰值降低,而横向残余应力峰值随着焊接线能量的增加而变大。T型接头残余应力总体分布趋势与对接接头残余应力分布规律类似。

不锈钢薄壁T型接头的CO_2激光及CO_2激光-TIG复合焊接

在船舶、高速列车、航空航天工业中大量应用了焊接薄壁T型结构。激光焊接是该类结构最具潜力的连接技术。采用底板顶面施焊的布置方式,进行了不锈钢薄壁T型接头的CO2激光及CO2激光-TIG电弧复合焊接试验,研究了焊接工艺参数对剖口形状、焊缝成形及气孔形成倾向的影响规律。试验结果表明:单激光焊接时,采用优化的工艺参数可实现筋板完全熔合,焊趾过渡均匀、圆滑;但由于小孔瞬间失稳、塌陷形成的气孔难以克服。采用CO2激光-TIG电弧复合焊接能较好解决上述问题,可获得焊趾形状理想、无气孔缺陷的薄壁T型接头。

热等静压工艺对铝合金激光焊接T型接头组织及缺陷的影响

以3.3mm厚6A02铝合金板材为试验材料,对热等静压处理前后铝合金激光焊接T型接头的组织及气孔缺陷进行了分析。结果表明:热等静压前6A02铝合金板母材显微组织为Mg2Si等强化相固溶于α(Al)基体中,焊缝显微组织为树枝晶,存在明显的气孔缺陷;合理地选择热等静压工艺,可有效消除接头的焊后气孔缺陷,并提高母材的显微硬度,降低焊缝中心的显微硬度;而过高的热等静压压力和温度会使接头出现过烧组织,大幅度降低其显微硬度。

T型接头双侧激光同步焊接热源模型的建立及验证

基于T型接头双侧激光同步焊接工艺特性和热源特点,建立了新型的高斯面热源+自适应体热源的组合式热源模型,高斯面热源体现小孔上方等离子体云的加热作用,自适应体热源体现小孔内部激光的菲涅耳吸收和逆韧致吸收作用,并考虑小孔对传热传质的影响。采用Fluent软件建立准确描述T型接头双侧激光同步焊接过程的三维数学模型,分析其温度场和小孔特征。模拟结果表明:熔池温度和小孔形状沿桁条中心呈对称分布,在横截面上熔池温度梯度随着距桁条中心距离的增加而增大且蒙皮侧更明显,熔池最大长度位于小孔交互位置而非熔池表面,其根本原因是双侧热源的交互耦合作用。模拟计算结果与试验测量结果对应良好,证明了模型的准确性和适用性。

中厚板T型接头双机器人焊接组织与力学性能

针对Q345中厚板高强钢构成的T型接头横角焊接位置在焊接过程中位置准确性差与根部难熔透的问题,提出一种双机器人双面双弧全熔透不清根MAG焊接方法.焊后对焊缝进行显微组织分析和接头力学性能测试.结果表明:打底焊前焊道过热区为板条状马氏体和下贝氏体组织,正火区为铁素体和珠光体组织;打底焊前弧焊道组织为板条状马氏体、针状铁素体和少量下贝氏体;打底焊后弧焊道组织为针状铁素体和先共析铁素体;填充焊道组织主要为针状铁素体.焊缝平均硬度为220 HV,高于母材平均硬度,-20℃条件下冲击吸收功高于27 J,符合标准要求,可实现自动化生产.

激光电弧复合光纤自动化焊接系统中T型低合金钢焊接头的开发

阐述了在大功率的光纤激光器下,使用自发激光焊或激光复合弧焊,采用6 mm、8 mm和10 mm厚度及T型接头结构,将低合金钢S355和AH36进行焊接的过程。目的是通过方法性地研究激光功率影响、焊接速度、相对于表面的射束校准、气隙、焦点位置及流程顺序(用于激光复合弧焊),来理解影响圆角和焊缝结构尺寸的因素,并在参数优化之后,在所有厚度中获得焊接质量等级B级。