TC4钛合金激光焊中工艺参数对气孔生成量的影响

文摘研究了TC4钛合金激光焊接在平焊、横焊两种位置下工艺参数对气孔生成量的影响。结果表明:平焊时,气孔生成量随激光功率、离焦量的增大先减小后增大,随焊接速度的增大先增大后减小;横焊时,气孔生成量随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,随离焦量的增大先减小后增大。利用正交试验方法得到的优化工艺参数进行焊接,气孔生成量大幅减少,在两种位置下均可得到内部质量良好的焊缝。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝疏松缺陷形成机理

采用圆锥形搅拌头焊接20mm厚的7075-T6铝板,分析焊接过程中焊缝内部疏松缺陷的形成过程及原因。研究表明,焊缝表面成形良好,无明显缺陷。但是,在焊缝轴肩区和焊核区之间出现了疏松缺陷。分析认为,焊缝上、下部金属温度差太大,导致其塑性流动行为发生变化是疏松缺陷形成的主要原因。搅拌摩擦焊(FSW)过程中,焊缝上部金属温度较高,而底部温度仍然很低,脱离搅拌针端部的塑化金属在周围冷金属巨大的变形抗力作用下转而沿搅拌针表面往上迁移。到达轴肩区下方汇聚区时,由于轴肩区金属温度高,向下的挤压力太小,导致回迁上来的塑化金属继续往上迁移并冲破轴肩区而沿轴肩边缘溢出形成飞边。汇聚区内没有足够的塑化金属填充、焊缝无法被压实而产生疏松孔洞。通过建立疏松缺陷形成的物理模型,可以更直观地反映出焊缝金属流动形态及缺陷形成过程。     

焊丝超声振动对铝合金熔化极气体保护焊缝成形及气孔的影响

铝合金熔化极气体保护（GMA）焊接过程中引入超声能场可以有效降低焊缝气孔缺陷及改善焊缝成形。焊丝超声频振动引入超声能场,可以避免超声能量转化率低及焊炬复杂化等弊端,是一种可行的超声施加方式。然而,关于焊丝超声频振动对铝合金GMA焊缝成形及气孔行为的影响尚不清晰,对此进行了具体研究。结果表明：焊丝超声频振动后,焊道波动范围与表面粗糙度均减小,同时焊缝表面光亮程度也提高,当超声工具头振幅为26.3μm时,焊缝表面成形最佳,焊缝熔宽和熔深都有不同程度的增大;随着超声工具头振幅的提升,深宽比总体呈上升趋势,当超声工具头振幅为26.3μm时,深宽比提升幅度为9.72%,焊缝气孔缺陷明显得到改善;当超声工具头振幅为22.8、24.9、26.3μm时,焊缝气孔数量减少幅度分别为76.9%、65.7%、71.8%,同时气孔主要分布于焊缝上部。声学仿真结果表明,超声能量主要沿焊丝轴向传播,熔池下部声压幅值较大,这与焊缝熔深增加及焊缝下部气孔减少具有较好的对应关系。     

双焦点激光焊接工艺参数对焊缝成形影响

通过利用自行研制的分束焊接头将一束激光分为能量相当的两束激光,在沿焊缝方向上串联产生了两个焦点.通过该试验系统研究了在双焦点激光焊接过程中参数的变化对焊缝成形和熔深的影响规律,探索了双焦点激光焊接最佳工艺的参数调节,试验结果表明,双焦点激光焊接显著改善了焊接质量,焊缝的中心线开裂敏感性也降低.双焦点激光焊接过程中,激光功率、焊接速度、离焦量等参数的变化,均能对焊缝成形和熔深产生显著影响,进而影响焊缝的微观组织和宏观形状.     

激光焊接过程的流体动力学研究

建立了描述小孔传热的激光深熔焊过程组合体热源模型,使用计算流体力学的控制容积法将控制方程进行离散处理后,采用SIMPLE算法求解了质量守恒、动量守恒和能量守恒方程组,模拟了激光焊接小孔的形状和尺寸以及焊接熔池的流动速度分布.结果显示,焊接小孔的稳定性随着焊接速度的增加而降低,熔池流动速度受Marangoni驱动力的直接影响,模拟焊缝形状和尺寸与实际焊缝吻合良好.     

辅助加热温度对铝合金厚板FSW焊缝成形的影响

对铝合金厚板搅拌摩擦焊（FSW）而言,焊缝底部金属温度低、流动能力差是导致焊缝成形困难的主要原因。为此,本研究采用辅助加热的方式对待焊母材底部进行预热,分析辅助加热温度对厚板搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。结果表明,随着辅助加热温度从20℃升高至80℃时,焊缝成形质量先变好后变差,宏观表现为焊缝内部焊核区宽度、高度及面积呈现先增大后减小的趋势,而疏松区面积呈现先减小后增大的趋势。其中,当辅助加热温度为40℃时,焊缝成形质量最好,焊核区尺寸最大,疏松区消失;而当辅助加热温度升高至80℃时,焊缝成形质量最差,疏松区面积最大。研究认为,其主要原因是添加合适的辅助加热温度可显著提高焊核区塑性金属的峰值温度及高温停留时间,塑性金属流动能力明显提高,焊缝成形质量得到极大改善。焊核区塑性金属的迁移方式由沿搅拌针表面向焊缝上部高温区迁移向挤压焊核区周边冷金属横向迁移转变。但是,当辅助加热温度太高时,焊核区塑性金属迁移方式开始转变为原始的沿搅拌针表面向焊缝上部高温区迁移,且此迁移程度有明显增大的趋势,导致焊缝内部疏松区缺陷再次出现。     

铝合金厚板FSW焊缝成形及金属流动行为分析

采用三角平面圆锥形搅拌针焊接20 mm厚的铝板,分析工艺参数对焊缝成形及金属流动特征影响。随着旋转速度增加,单位时间内金属迁移量增大,焊核区面积增加,疏松区面积减小至消失;而过大的旋转速度反而使疏松缺陷再次出现。适当减小焊接速度,增大单位长度内焊缝热输入,改善焊缝成形,但焊接速度过小易导致焊缝上部受热过多,疏松区及内部孔洞变大。在合适的参数下焊接时,瞬时空腔的出现可使更多塑化金属绕搅拌针做圆周迁移,即提高了沿水平方向的“抽吸-挤压”效应,改善了金属流动性,减少甚至消除焊缝内部缺陷。     

铝合金ZL114A的激光焊接工艺

主要研究了铝合金ZL114A的激光焊接工艺特性.首先对其可焊性进行了摸索,然后探讨了激光焊接工艺参数对焊缝熔深、焊缝宽度以及接头组织和力学性能的影响.结果表明,选择适当的激光焊接工艺参数,如：激光功率、焊接速度、离焦量、保护气体流量等,可以获得高质量的焊缝.组织观察发现,焊缝组织致密、晶粒细小,接头强度可以满足使用要求.     

钛合金激光焊接研究

试验研究了2.5 mm厚BT20钛合金激光穿透焊的激光功率-焊接速度匹配曲线,并以焊缝熔宽比为参量研究了主要工艺参数对焊缝成形的影响,同时对比研究了CO2激光和YAG激光穿透焊焊缝成形的差异.结果表明,随激光功率的提高,获得成形优良的全熔透焊缝的焊接速度范围扩大,焊接线能量降低.与CO2激光焊相比,YAG激光焊具有更宽的焊接速度范围,且可以采用更高的焊接速度和更低的焊接线能量.激光功率、焊接速度和离焦量等工艺参数对焊缝熔宽比具有重要的影响.在同样的焊接规范条件下,YAG激光焊缝具有比CO2激光焊缝更大的熔宽比.     

脉冲激光热传导焊接技术在石英挠性加速度计 组件装配连接上的应用研究

在不改变激光重复频率、焊接速率、脉冲宽度、离焦量等参数的情况下,只改变峰值功率,采用Nd:YAG脉冲激光对石英加速度计表芯装配组件进行热传导焊接,通过X射线显微镜和超声波无损检测系统对焊接样件的焊缝形态与焊接质量进行检测分析,并对样件拉伸强度进行测试.结果表明:脉冲激光热传导焊接中的热输入量对焊缝形态和焊接质量有直接的影响,较低的热输入量可以实现边界轮廓整齐、表面光亮、热影响区较小、残余应力较低的焊缝形态,并且没有裂纹缺陷,同时焊接样件的拉伸强度是环氧胶粘接样件的3倍以上.因此,脉冲激光热传导焊接技术在组件装配连接上的应用具有潜在的优势.     

层状金属复合材料激光穿透共熔池焊接研究

介绍了一种适用于层状金属复合材料的高效连接技术。在激光穿透焊接时,熔池中液态金属会受到横向温度梯度引起的表面张力和穿透匙孔中喷射蒸汽摩擦力的共同作用而产生上下两个相对独立的涡流,这一现象会使熔池中上部和下部金属保持相对独立,从而促成焊缝金属的上下层状分布特征,利用这一现象,提出了层状金属复合材料的单道激光穿透共熔池高效焊接技术。利用该技术,成功实现了X65/DSS2205双金属层状复合材料的对接焊,焊接接头组织和成分分析结果表明,焊缝组织上部和下部具有明显的差异性和独立特征,焊缝上下部的合金元素发生了相对较小的流动交换,优化的工艺条件可使复层焊缝金属的稀释率小于3%,使得复合板上层焊缝和下层焊缝金属达到了最大的相对独立性。     

工艺参数对钛合金激光T型接头焊缝成形及剪切力的影响

文摘采用连续激光焊工艺焊接TC4/TA15激光T型接头,运用体式显微镜及拉伸试验机对接头进行测试分析,研究工艺参数对激光T型接头焊缝成形及剪切性能的影响。结果表明:在其他参数保持不变的情况下,随着激光功率在一定范围内的提高,焊接速度在一定范围内的降低,骨架熔宽及骨架熔深增加;骨架熔宽是影响激光T型接头剪切性能的决定性参数,匹配激光功率超过4.1 kW、焊接速度低于80 mm/s、离焦量为-5~+10 mm,可使骨架熔宽超过0.51 mm,接头剪切力达到14 kN以上水平。     

航空航天用铝合金机器人焊接内部气孔缺陷在线检测

铝合金机器人钨极氩弧焊(GTAW)是航空航天关键零部件的主要成形制造方法,内部气孔是其典型焊接缺陷。由于它与传感信息的弱相关性,实现准确的在线气孔检测仍极具挑战。利用SEM和EDS对气孔的宏观分布、成分含量及大小进行定性及定量表征,发现了两类内部气孔以及镁元素在气孔产生及长大过程中的重要性。利用主成分分析研究并建立了气孔与氢谱线(656.28nm)之间的强相关关系,提出了基于氢谱线主分量系数(PCoefHS)的气孔在线监测方法,最后通过集成PCA–Tsne技术对不同程度气孔缺陷进行可视化。验证结果表明所提方法可实现对严重链状气孔、中度气孔及无气孔缺陷焊缝的有效检测及可视化表征。     

焊缝凝固时的应力应变过程分析

本文在二维情况下针对SUS 310S型奥氏体不锈钢焊接接头,利用非线性热弹塑性有限元分析方法建立了焊缝在凝固时所受应力应变的计算模型。计算结果表明:焊缝金属在凝固过程中受到横向拉伸应变的作用;起始端部所受的应变较大;离端部一定距离后的焊缝所受的应变基本上相同;焊缝金属凝固结束时受到的拉伸应变约为0.4％。     

1420铝锂合金激光焊接研究

在大功率连续Nd3+YAG激光机器人加工系统上进行了1420铝锂合金焊接工艺试验,试板的厚度分别为1.5 mm和2.5 mm,研究了激光焊接中的离焦量及表面成形等工艺问题.测试了激光焊接接头的显微硬度、弯曲强度及拉伸强度等性能,拼焊接头的强度系数达到了85%,焊缝达到了HB5375-87 I级焊缝的要求.     

气孔缺陷对TA15 钛合金氩弧焊接头疲劳性能的影响

对TA15钛合金氩弧焊接接头的组织和疲劳断裂特征进行了分析,对气孔缺陷和疲劳寿命的关系进行了定量表征.结果表明:疲劳裂纹起源于焊缝的亚表面或者内部气孔缺陷,当气孔尺寸较小时,断口会出现“鱼眼”形貌特征;应力水平较低时,气孔尺寸对疲劳寿命的影响尤为显著,在特定的应力水平下,可以通过构件中的气孔缺陷尺寸来预测其寿命,对于焊接结构疲劳寿命的预测和构件焊接质量的评定具有重要的工程意义.     

TC4钛合金超塑成形/扩散连接后电子束焊接技术

通过分析TC4钛合金超塑成形/扩散连接后的零件特征,设计了合理的电子束焊接试验方法,进行了电子束焊接接头的机械性能和微观组织试验分析,提出了解决焊缝中气孔缺陷的有效措施。     

TiNi记忆合金激光焊接缺陷分析

针对TiNi形状记忆合金薄板采用NdYAG连续激光进行自熔焊接和预填稀土薄片的工艺研究。试验表明,合理的焊接工艺参数可以获得良好的焊缝成形,然而,同常规的钛合金激光焊接一样,Ti Ni形状记忆合金主要焊接缺陷是气孔和裂纹。基于X射线图像、扫描电镜等手段对焊缝缺陷的位置、形状、大小和周边组织变化进行了进一步观察,并对缺陷形成的原因和控制进行了分析。     

关于铝合金（LF6）焊缝“黑线”问题的研究

1概述用自动亚弧焊焊出的铝合金箱体,经X光检查发现,有些箱体的焊缝X光底片上均存在一些不完全连续的“黑线”。箱体材料为LF6,按常规X光检查通常认为该“黑线”可能是某种焊接缺陷,对此我们进行了失效分析。2试验结果2．1常规金相检查LF6铝板厚6mm取破坏的箱体上焊缝试片做断口低倍、高倍实验。断口为均匀韧性断口,组织正常。低倍检查：无缺陷;组织正常。高倍金相检查：无裂纹、夹渣、气孔、未焊透等焊接缺陷;横截面焊缝组织为点状与枝晶状组织,组织正常。2．2扫描电镜分析断口电镜扫描为正常韧窝组织,无明显夹杂、裂纹、气孔…     

TC4钛合金激光窄间隙焊接工艺与组织特征研究

使用IPG YLS-5000多模光纤激光器实现了12mm厚TC4钛合金光纤激光窄间隙焊接,优化了焊接工艺,并对焊缝组织和显微硬度进行了分析.结果表明:激光窄间隙焊接容易产生气孔和侧壁未熔合缺陷,优化后的焊接工艺能显著减少气孔并消除未融合缺陷.母材显微组织为典型的等轴组织,焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体α'组成.热影响区晶粒尺寸明显细化.热影响区组织由细小的针状马氏体α'、转变α组织和β转变组织构成.焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,近焊缝热影响区显微硬度达到最大值.