激光焊接技术的特点及其应用

激光焊接是激光加工技术发展较快的领域之一。激光焊接要求的幅射强度为10~5～10~7w/cm~2。激光精密焊接属于熔化焊接方法。激光焊接按激光器的运转方式,可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两大类。大功率激光焊接属于连续激光焊接。     

回流焊接技术中各类激光器的比较

微电子元件复杂性的增加与表面封装技术的优越性使得密集回流焊技术再次引起人们的兴趣。激光焊是一种具有快捷自动和最小热输入等优点的方法。很多种激光可有效地用于回流焊接。早期选用连续二氧化碳激光、连续掺铵钇铝石榴石激光(Nd/YAG)和脉冲Nd/YAG激光。本文给出这3种激光的对比结果。主要讨论引线盘和SMD(鸥翼和J形引线)与二氧化二铝基底上的焊接,但也提及向FR4PCB(工程塑料)上的焊接。     

激光脉冲圈焊工艺研究与应用

基于有限元软件MSC.MARC软件平台Hypermesh软件模块仿真模拟了激光连续圈焊和激光脉冲圈焊的温度场分布,模拟结果表明:激光脉冲圈焊可有效控制被焊工件温度场分布,焊接热影响区小,为此采用激光脉冲圈焊工艺焊接簧片式电磁阀簧片组件.研究了激光焊接频率与焊点重叠率以及激光焊接速度与焊缝强度和焊点重叠率之间的关系,从而得出了激光脉冲圈焊焊接工艺规范,即激光峰值功率Pf--300 W,激光基值功率Pj=200 W,激光焊接速度v=3.33 mm/s,激光频率f=20 Hz等,采用该焊接规范焊接完成的簧片式电磁阀已经应用于嫦娥五号探测器推进分系统、轨道器子系统以及上升器推进子系统的液体动力装置之中,并已经完成了飞行和月球探测任务.     

微束等离子焊接

简要介绍了微束等离子焊接的工艺设备。通过对乌克兰巴顿焊接研究所几个实例的介绍，较全面地阐述了微束等离子焊接工艺方案、焊接设备的各项技术要求和特性。与氩弧焊、激光焊进行了比较，认为微束等离子焊接具有电弧收缩、能量集中、适用于薄壁件焊接的特点，在我国具有广阔的应用前景。     

三坐标轴激光焊接数控机床精度测试

介绍了机床定位精度的相关理论和应用双频激光干涉仪检验数控机床定位精度的原理、方法及测量误差分析,采用英国Renishaw公司的ML10激光干涉仪对三坐标轴激光焊接数控机床进行了测量。最后对三坐标轴激光焊接数控机床测量数据进行了分析,并对该机床的精度进行了评定。     

激光焊接夹层喷管的技术现状

激光焊接冷却通道壁技术是适应商业需要(降低制造费用和缩短开发时间)开发的科研成果.沃尔沃公司(VOLVO)已经研究出其核心技术,即应用于焊接通道壁技术的激光焊接法和X射线辅助连接系统.此项技术最初的开发目的是应用于一次性使用发动机,但是现在发现其应用于可重复使用发动机上也很有优势.使用寿命、热负荷、最小内壁厚度和材料疲劳特性等综合决定了此项技术的适用范围.目前,已经进行了夹层喷管热试,并且制造出了具有典型尺寸的用于演示的夹层喷管.正在研究应用于非再生冷却系统的激光焊接夹层技术.研究成果表明,这项技术可用于各种发动机,即从助推级到上面级均适用.现在,欧洲和美国正在讨论应用此项技术加工Vulcain和RL60发动机的喷管夹层结构.本文对下面内容进行了叙述激光焊接夹层技术概况;目前激光焊接夹层技术在一次性使用发动机上的应用情况;可重复使用发动机用激光焊接夹层技术的一些特性.     

激光-TIG复合焊接温度场和应力场的有限元分析

用旋转高斯曲面体热源模拟激光束作用、双椭球热源模拟TIG电弧作用,建立了激光-TIG复合焊接的有限元模型。基于建立的热源模型对厚3mmTC4钛合金板材的激光焊、TIG焊、激光-TIG复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,比较了焊接过程中工件的温度场和残余应力分布。结果表明：TC4钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算值吻合较好,证明了该组合热源模型的适用性。     

小直径超薄壁管纵缝的激光焊接

小直径超薄壁管纵缝焊接的主要问题是烧穿,解决这个问题的关键是严格控制焊接接头的装配质量及焊接工艺。本文介绍了采用激光焊接小直径超薄壁管纵缝的焊接经验,对整个生产过程中的关键问题进行了分析。     

自锁阀激光焊接工艺研究

研究了自锁阀激光焊接焦点位置与焊缝熔深之间的关系、焊接速度和激光功率与焊缝熔深之间的关系,分析了随着激光功率增加,不同焦点位置的焊接过程依次经历稳定热导焊,热导焊、深熔焊交替进行的不稳定焊接和稳定深熔焊接三种模式,进而研究了稳定焊接模式下工艺参数与焊缝熔深之间的关系,得出了自锁阀在稳定焊接模式下的最佳焊接工艺规范参数.采用该激光焊接工艺规范焊接的常压和高压自锁阀焊缝外观质量、气密、液压以及焊缝氦质谱检漏试验结果全部满足设计要求.常压和高压自锁阀已经应用于嫦娥五号、探月工程、东风导弹武器系统、货运飞船、921-3推进分系统、东方红三号等推进系统的液体火箭发动机之中.     

激光焊接与切割

由于激光束内的能量高度集中和最小的加热面积,能获得很高的物理化学性能的焊接。这种焊接应严格保持激光束聚焦在所规定的范围内。在被焊件的正面和端面涂悬浮液以改善焊接过程。激光切割机的辐射功率,对辐射过程的效率及切割质量影响极大。列举了钢、铝合金及非金属材料的气体激光切割状态。     

SiCw/6061A1激光焊规范参数对接头强度的影响

碳化硅晶须增强铝复合材料具有高比强度、比刚度、耐高温等优点,其可焊性较差,但采用激光焊接方法,用合适的焊接规范,可得到外观及性能良好的焊接接头。激光焊的功率和保护气体对焊接接头强度影响很大,功率过小时,未焊透会使接头强度降低,功率过大将使SiC烧损严重且有氧化物、硅块等夹杂,使接头强度降低。对于厚度为2mm的对接缝,比较合适的功率为190W左右,此时脉冲频率30Hz、胀冲宽度7ms、焊接速度5mm/s,保护气体氮或氩的效果无差异,为降低成本,在SiGw/6061A1激光焊时建议用氮气保护。焊接接头强度可达142MPa,相当于母材强度的53％。为进一步提高焊接接头强度,加大保护气体流量,使用某些含脱氧剂的填料或加入Si粉等等应是合理途径。     

6061铝合金激光焊温度场与应力场数值模拟研究

为了解决激光焊接铝合金对接接头的质量问题，本文采用热-结构耦合有限元技术，建立了在移动高斯热源作用下的三维激光焊接温度场和应力应变场的计算模型。首先，利用有限元软件MSC.Marc模拟焊接过程中试片级试样的温度和应力的变化及其变形情况;其次，研究试样瞬态温度场和应力应变场的变化规律及其分布特征;最后，探讨激光功率和焊接速度对接头质量的影响规律。试验中所选取的激光功率和焊接速度等工艺参数均通过数值模拟进行优化，并根据优化后的工艺参数完成激光焊接4 mm厚6061-T6铝合金平板对接试验。通过对焊接接头形貌的观察及分析进行热源校核，结果表明:仿真计算得到的焊接熔池边界温度达到6061铝合金熔点以上，且其形状分布与实际试验所得焊缝边界基本吻合，从而验证了模拟结果的准确性和可靠性。     

膜片隔离阀脉冲激光焊接工艺分析

膜片隔离阀广泛应用于单组元液体火箭发动机,金属膜片和壳体的激光焊接是该产品需重点关注的工艺过程。通过分析产品焊接结构,得出宜采用热导焊、短焦镜头和低峰值功率进行膜片隔离阀脉冲激光焊接的结论。设计脉冲宽度、脉冲频率、重叠系数和离焦量的4因素正交试验,通过分析焊缝外观质量和接头熔深,获得各因素影响焊缝熔深的主次顺序及适用于膜片隔离阀的激光焊接参数。提出采用修正功率密度综合表征脉冲能量和离焦量对熔深的影响,分析结果表明,焊缝熔深随着修正功率密度的增加而增大,膜片隔离阀需选取较小修正功率密度和较低焊接速率或者较大修正功率密度和较高焊接速率来满足其性能要求。采用正交试验获得的激光焊接工艺规范所生产的膜片隔离阀,焊缝质量、密封质量和破裂压力稳定性均能满足设计要求。目前,膜片隔离阀已配套至多种型号飞行产品,并通过了飞行及试车考核。     

激光焊接TC4钛合金组织性能研究

研究激光焊接对TC4钛合金焊缝成形和力学性能的影响,并利用OM、XRD和TEM等手段对焊接接头的显微组织特征进行了分析。结果表明,激光焊接TC4钛合金成形较好,但在焊缝熔合线附近容易产生圆形气孔。焊缝由单一的α′马氏体构成,并呈网篮状分布。热影响区组织为α′马氏体和初始α相。焊缝和热影响区的显微硬度明显高于母材,而焊缝的硬度最高且硬度分布平缓。TC4钛合金焊接接头的室温平均抗拉强度为1126MPa,与母材的抗拉强度相当,延伸率为11.12%,比母材略低,焊接接头均断在母材区域。     

表面张力贮箱电子束焊接工艺研究

对球形表面张力贮箱装配精度与表面张力贮箱焊缝熔深及形貌之间的关系进行了研究,得到了电子束焊接工艺规范。该规范为:采用虚焦电子束焊接工艺,聚焦束流虚焦30 m A,焊缝锁底部位宽度0.7 mm,焊接束流23 m A,焊接速度1 200 mm/min,焊接熔深2.4~3.3 mm。采用该规范焊接的表面张力贮箱通过了振动、液压、声发射等试验考核,表面张力贮箱满足设计要求,并通过了地面热试车考核。     

KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究

热沉是空间环境模拟器的重要组成部分之一,用于在真空热试验中产生冷黑环境。我国目前正在研制的KM8空间环境模拟器和KM7A空间环境模拟器的热沉均采用不锈钢板式结构,而不锈钢板式热沉的焊接加工工艺是亟需解决的技术问题。文章介绍了在KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究中,采用不同的工艺参数焊接了不同厚度的搭接组合板试件后,对这些试件进行了力学拉伸试验和焊缝分析与检测,并根据检测结果确定了不同厚度板材组合的最佳搭接焊接工艺参数。这些工艺参数在后续的生产实践得到了有效验证。     

激光束焊镍基热强合金ХН68BМТЮК同电子束焊和氩弧焊的比较

文中指出,对厚1.5mm的镍基热强合金XH68BMTюK,采用硬规范的激光焊接,同氩弧焊和软规范的激光焊相比,有利于获得成型良好的焊缝,提高熔化效率,增强抗热裂纹能力,提高机械性能,并且所有技术指标都不亚于电子束焊。     

电子束焊程序诊断、研制及应用的知识库系统

ISF进行的电子束焊接测试(焊前直接测量电子束断面功率密度分布)表明,电子束参数对焊接结果有很大的影响。这些测试是在一台微机控制的束流诊断仪器上进行,以此为经验,研制一个专家系统检测电子束焊机的故障,为获得系统知识和束流的特性,我们对焊机整个功率范围内的束流进行了系统的测量。对电子束的描述几乎用同样的参数。本文中,研究了束流功率密度分布与焊缝几何形状为关系,同时还研究了电子束阴极产生故障与束形状及焊缝断面形状的关系,进一步对电子束形成故障自动识别软件系统进行了阐述。     

乌克兰巴顿焊接研究所技术发展综述

概述了巴顿焊接研究所的研究特色，介绍了其在焊接方法、焊接设备、焊接材料、焊接应力应变计算与检测及太空焊接实验等方面的焊接技术成果与应用情况。     

高强钢焊接技术研究与应用

通过对HG785D高强钢材料焊接性、焊接方法选取、焊接工艺参数确定及结构装配、焊接顺序等方面的研究,摸索出了一整套高强钢焊接结构件生产的焊接技术,并在产品研制中推广应用,也为其它高强度钢的研究和应用提供了实践经验借鉴和工艺技术支持。