点环激光超窄间隙焊与电弧焊高强钢厚板组织性能对比研究

为消除激光超窄间隙焊易产生的侧壁熔合缺陷,开发了点环激光填丝焊工艺,利用中心点激光对焊丝加热,利用环激光对窄间隙坡口加热,完成30 mm厚10CrNi3MoV低合金高强钢的焊接,并与传统电弧焊接头开展组织和性能对比分析。结果表明,激光超窄间隙填丝焊接头焊缝区由针状铁素体、粒状贝氏体与少量的马氏体组成,电弧焊接头由针状铁素体和粒状贝氏体组成。激光焊的快速冷却特点使其焊缝组织较弧焊更加细小。激光焊接头热影响区由较多的铁素体和粒状贝氏体组织和较少的M-A组元组成,有利于接头性能的提高。激光超窄间隙填丝焊接头抗拉强度与电弧焊接头近似相当,但激光超窄间隙填丝焊接头具有更好的冲击韧性。

激光螺旋点焊的断裂行为与断口研究

为研究激光螺旋点焊的断裂行为和断口特征,以期为高性能激光点焊的应用提供理论支持。采用振镜搭载机器人的激光螺旋焊接系统对1 mm厚汽车用高强钢进行焊接,设计了一种类阿基米德螺旋线扫描路径以使焊点热输入均匀分布,并对焊接接头的断裂行为进行分析。研究发现,在拉剪力的作用下,激光螺旋点焊主要发生的断裂失效形式为单面焊点撕出断裂和双面焊点撕出断裂,裂纹的萌生及扩展均是沿着熔合区和热影响区交界处。粗晶热影响的大角度晶界比例相对较少,为18.69%,KAM均值最大为0.65,存在的应力应变相对较大,使得裂纹更倾向于在粗晶热影响区萌生和扩展。

振镜激光飞行焊接技术在新能源储能模组生产中的应用研究

随着新能源技术的不断进步,新能源储能模组装备的生产效率显得尤为重要。提出了一种基于振镜激光飞行焊接技术的解决方案。该方案通过设计连贯的生产设备,并引入振镜激光飞行焊接技术。振镜激光飞行焊接技术具有非接触性、高精度、动态运行等优势,能够有效缩短加工时间,提高产品质量,降低人工成本,并推动新能源产业的发展。主要论述新能源储能模组的生产设备、生产工艺路线以及振镜激光飞行焊接的优势等,经过现场调试及工艺试验,掌握了振镜激光飞行焊接核心技术,实现了新能源储能模组的稳定高效应用。并验证了其在新能源储能模组生产过程中的可行性。

激光打标机打标软件与PLC通信稳定性的研究

为了提高激光打标机打标软件与可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)的通信稳定性,通过阐述PLC和打标软件EZCAD的通信机制,描述网络通信过程中出现的连接不稳定现象,分析导致故障的原因,提供相应的解决方案并验证优化后的实验效果,以期为相关工作人员提供参考。

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。

不锈钢薄板激光焊接头变形及预测研究进展

具有薄板结构的新能源汽车、航空航天器等运载工具极大地推动了现代工业轻量化的发展和应用。激光焊接作为先进制造领域的关键技术被广泛用于薄板结构互联工艺。但薄板结构的焊接变形及预测仍然是该研究领域面临的核心问题。根据不锈钢薄板激光焊接领域的研究进展,全面评述了此领域的研究现状,系统阐述激光焊接工艺下的焊缝几何尺寸对变形的影响,概括分析焊接变形预测的热源模型误差、关键技术、创新方法。旨在厘清不锈钢激光焊接变形的工艺特点、影响机理、发展趋势,为薄板激光焊接领域提供借鉴,推动新型薄板轻量化结构在各制造行业的广泛应用。

能量密度对直接激光沉积Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响

采用直接激光沉积(DLD)技术制备了Ti-6Al-4V合金,使用X射线衍射、扫描电镜、拉伸实验机等研究了不同能量密度(50、62.5和75 J/mm^(3))对DLD成型Ti-6Al-4V合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着能量密度的升高,可以得到3种典型的显微组织:α′马氏体组织、魏氏组织、层片状(α+β)组织。在能量密度为75 J/mm^(3)时,DLD成型Ti-6Al-4V合金具有较好的强塑性匹配:屈服强度达到1199 MPa,抗拉强度达到1220 MPa,断裂伸长率为11.6%。该合金强度和塑性提升的原因可能与层片状(α+β)组织中的纳米孪晶有关。

基于机器学习的铝合金脉冲激光焊接工艺及质量预测研究

铝合金脉冲激光焊接能够精准调节激光能量输入,广泛应用于动力电池与新能源汽车等精密加工领域。然而,铝合金自身高导热率和高反射率等固有属性,以及与高能量激光剧烈的相互耦合作用,对工艺参数优化和焊接质量控制带来挑战。以2 mm厚1060铝合金作为研究对象,主要分析了不同脉冲激光工艺参数(峰值功率、脉冲频率和焊接速度)对焊缝成形的影响规律;以工艺参数为多维输入变量,进一步构建了基于BP神经网络的熔池尺寸预测模型。结果表明:不同工艺参数均对焊缝熔深和熔宽有直接影响,需要确定一个合适的工艺窗口;同时构建模型的平均预测误差在10%以内,具有较高的预测精度。为铝合金脉冲激光焊接质量预测及工艺优化提供了可靠的实验和指导依据。

激光螺旋点焊和电阻点焊DC06镀锌钢接头组织和性能

对比研究了激光螺旋点焊和电阻点焊工艺对DC06镀锌钢接头成形、微观组织和力学性能(显微硬度和剪切性能)的影响规律.结果表明,两种工艺均能获得成形良好的焊接接头,激光螺旋焊接头微观组织主要为铁素体(F)和少量渗碳体(Fe3C);电阻点焊接头微观组织主要为贝氏体(B)和铁素体(F).由于内外散热不均匀,激光螺旋点焊熔核区中心形成不同硬度的等轴晶,周围为具有明显取向的柱状晶,硬度值为130~160 HV10;电阻点焊熔核区冷速相近,无明显硬度梯度,硬度在190 HV10左右.激光螺旋点焊拉剪承载载荷为10.14 kN,比电阻点焊的8.82 kN提升了13.02%.接头失效形式分析发现:激光螺旋点焊和电阻点焊的失效形式分别为撕出型和拔出型,激光螺旋点焊由于热影响区组织塑性较好,接头受到拉剪作用时更易产生大角度转动而吸收更多的能量,具有更好的力学表现.最后,还对搭接间隙和锌镀层对激光螺旋点焊接头力学性能的影响进行讨论.

铺粉厚度对选区激光熔化GH3625组织与力学性能的影响

在不同铺粉厚度下使用相同的激光工艺参数制备GH3625合金,并对选区激光熔化GH3625的组织与力学性能的进行了分析.结果表明,在较大的工艺窗口内,铺粉厚度由0.02mm增加至0.03mm不会影响打印质量,并且在优化的工艺参数窗口下均能制备得到致密度99.9%以上的块体.铺粉厚度的增加会导致熔池形态发生改变,也会明显改变晶粒形态.当铺粉厚度为0.02mm时,晶粒多为细长形,平均晶粒尺寸约为18.128μm,晶粒有明显的择优取向.此时,相邻的熔池形态差别较大,呈现一道次较深较宽,另一道次较浅较窄的现象.而铺粉厚度增加至0.03mm后温度梯度差异减少,相邻熔池形态差别较小,组织中细长形晶粒减少,平均晶粒尺寸降低至11.921μm,晶粒的择优取向也相应减弱.由于晶粒形态的改变,在垂直方向上,铺粉厚度为0.03 mm的样品的屈服强度相比于铺粉厚度为0.02mm的屈服强度提高了5%,有效抑制了打印态样品的各向异性程度.创新点:(1)在优化的工艺窗口内,工艺参数不变,铺粉厚度的改变同样能够制备出成形良好且致密的样品.(2)增加铺粉厚度减弱了晶粒的择优取向,并相应的减少打印态样品力学性能的各向异性程度.

激光熔覆高强韧铁基合金涂层的组织及其轴承滚道服役性能

采用激光熔覆技术在42Cr Mo钢表面制备出厚度超过3 mm的含硼高强韧铁基合金涂层(S1涂层),研究了该涂层的显微组织及其轴承滚道服役性能,并与商用高硬度M2涂层进行了对比。结果表明:S1涂层与基体之间结合良好,组织由马氏体基体相和岛状共晶强化相M3C型碳化物组成;S1涂层的平均硬度约为883 HV,是M2涂层的1.1倍。在许用接触应力试验中,S1涂层表面的压痕深度均小于滚动元件直径的10^(-4),表现出稳定且优异的抗塑性变形能力;S1涂层轴承心部的理论最大剪切应力为377.38 MPa,低于M2涂层轴承心部(392.03 MPa),远低于轴承材料的剪切屈服应力(459 MPa),表现出较好的静载荷承载能力。S1涂层的滚动接触疲劳寿命为2.66×10^(7)周次,是M2涂层的2倍。

铝硅镀层热成形钢拼焊板箔材填充激光焊的组织与性能研究

铝硅镀层热成形钢是一种重要的汽车用先进高强钢,但在拼焊板制造过程中受到铝硅镀层的影响,焊接接头的性能远低于母材.文中选择了3种相同厚度不同箔材作为铝硅镀层热成形钢激光焊的填充材料,并经热成形工艺处理.通过比较焊接接头的微观组织、硬度分布、拉伸力学性能和断口形貌,阐明不同箔材填充激光焊的影响作用.结果表明,Ni箔和Cu箔都促进了焊缝板条马氏体比例的增加和δ铁素体比例的减少,但Cu箔填充接头的断口呈沿晶断裂,塑性远低于Ni箔,与Ni固溶增强增韧Fe基体有关.Fe箔在一定程度上产生稀释的作用,也提高了焊缝板条马氏体含量.

面向微流体器件封装的硅-蓝宝石异质结构超快激光微连接及接头性能

微纳传感器件中异质材料的互连将决定器件封装的质量,进而影响器件的性能.针对硅与蓝宝石晶圆级异质互连,缺少操作简洁、绿色环保、适于大规模应用的连接技术,采用超快激光穿透连接技术,通过调整硅-蓝宝石晶圆间隙并控制能量输入,对硅与蓝宝石的连接可行性进行了探究.结果表明,在晶圆间隙小于1μm、激光功率7.5 W试验条件下,异质接头处蓝宝石与硅发生相互融合,形成3μm尺寸范围的互锁结构;同时硬脆材料异质接头处易产生的孔隙裂纹等缺陷也得到了有效抑制,通过剪切试验测得接头强度达到2.9 MPa.超快激光硅-蓝宝石异质结构的有效微连接,为大差异性硬脆材料的异质互连提供了研究基础,并在微流体器件封装中得到潜在应用.

当家必须理财——上海激光所加强经济管理的体会

当家、理财,是研究所领导班子必须经常考虑的一个极其重要的问题.长期以来,研究所是靠国家的事业费维持的,不注意经济核算,不讲经济效益,是一个普遍存在的问题.检查我所过去在财政开支上也存在不少问题.例如:1.

基于BP神经网络薄板P-PAW搭接的间隙自适应工艺参数优化

对大型LNG燃料薄膜舱中1.2 mm厚SUS304L不锈钢板薄板的搭接焊,存在的搭接间隙会带来焊缝成形不良等严重影响船舱安全性的问题。本文通过激光传感器检测搭接间隙变化,设计了不同的峰值电流和焊接速度在不同间隙下的工艺实验,研究了间隙对焊缝成形质量的影响机制;基于BP神经网络建立不同间隙下的脉冲等离子弧焊(P-PAW)的工艺参数和间隙及焊缝成形尺寸之间的拓扑关系模型,通过工艺实验获取模型的训练样本,实现了基于BP神经网络的间隙自适应工艺参数优化系统。结果表明,该系统实现了不同搭接间隙下进行实时工艺参数优化的功能,并对搭接间隙在0~0.6 mm变化时所带来的空洞等缺陷起到了有效的抑制作用,实现了良好的焊接成形一致性控制,提高了在LNG薄膜舱中不锈钢板焊接的自适应能力。

等离子电弧双丝增材制造Ti-48Al合金组织特征

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究.结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α2相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象.在1 340℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α2相含量显著增加,组织的择优取向减弱.

激光熔覆WC颗粒增强Ni基合金涂层的组织与性能

利用15 kW横流连续输出CO2激光器在CCS?B钢板上熔覆WC颗粒增强Ni基合金涂层,研究了不同WC颗粒含量下熔覆层组织形态和显微硬度的变化规律。结果表明,在激光熔覆Ni基合金与WC颗粒混合粉末的过程中,WC颗粒发生溶解并与周围元素相互作用形成低熔点共晶,析出后分别以树枝状、块状与粒状等形态存在;随着WC含量增加,熔覆层上部区域γ?Ni枝晶先粗化后变细,熔覆层下部区域枝晶组织持续增多且粗化。随WC含量增加,熔覆层平均硬度增加,WC质量分数为0%时,熔覆层平均硬度约为基体的3倍,当WC质量分数增加到30%时,熔覆层平均硬度可达到基体硬度的4倍。

基于三圆轨迹规划的MARKⅢ型LNG薄膜舱波纹板机器人焊接

MARKⅢ型LNG薄膜舱波纹板的焊接质量是LNG船建造成功与否的关键之一。为了实现MARKⅢ型LNG薄膜舱1.2mm厚304L不锈钢波纹板的机器人焊接,研究了基于“三圆”连接构思的波纹板机器人焊接的轨迹规划模型,通过模型计算了沿波纹板轨迹焊接过程中的焊枪位置和焊枪姿态坐标,并对模型和计算的结果进行了仿真验证;在此基础上,进行了不锈钢波纹板机器人搭接焊的脉冲等离子弧焊的工艺优化研究。结果表明:本文建立的波纹板机器人焊接的“三圆”轨迹规划模型以及基于该模型计算的焊枪位姿坐标准确;基于模型和计算,结合优化后的脉冲等离子弧焊工艺参数,实现了焊缝成形良好的MARKⅢ型LNG薄膜舱1.2mm厚304L不锈钢波纹板搭接的机器人焊接,焊缝成形达到了法国GTT公司标准文件中提供的成形尺寸标准。

钽对激光熔覆镍基涂层的裂纹敏感性及力学性能的影响

研究钽(Ta)元素对激光熔覆Ni60镍基涂层的显微组织、裂纹敏感性、硬度和耐磨粒磨损性能的影响。扫描电镜结果显示镍基涂层的裂纹多为沿粗大硬质相晶界开裂,具有典型的热裂纹特征。镍基涂层中加入Ta后,TaC颗粒首先在熔池中形核长大,抑制了M7C3碳化物长大。随着Ta质量分数的增加,涂层表面裂纹的数量和长度明显减少,这得益于初生M7C3碳化物颗粒的细化以及涂层韧性的增加。加入Ta后,尽管涂层硬度有所下降,但是磨粒磨损试验结果显示涂层耐磨粒磨损性能比纯Ni60镍基粉末大幅提高,原因如下:Ta通过固溶强化γ-Ni基体相提高其支撑硬质相的能力;Ta减小M7C3碳化物的高宽比,降低碳化物的脆裂性;此外,原位生成的细小TaC颗粒在摩擦过程中不易脱落,更好地抵御磨粒对材料的切削。

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。