用激光焊接法提高焊接结构质量

把物质因受激而辐射的光能聚焦到10~4W/cm~2以上可作为焊接热源。激光焊接由于它的能量密度高,在大气中能远距离传输到工件上以及焊接时无X射线辐射,因此与电子束焊接相比较,有独特的优点。激光焊接的焊缝深-宽比可达到6:1。     

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.     

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。     

铌铪喷管延伸段激光点焊工艺研究

通过研究δ_1=1+1 mm和δ_2=1+0.7 mm两种厚度组合的Nb Hf10-1铌铪合金搭接结构圆形轨迹运动方式激光点焊焊缝熔深与焊接速度、焊缝熔深与焊接功率以及焊缝抗剪力/热输入量与试验序号之间的关系,得到了激光点焊工艺规范,安装有采用该工艺规范焊接完成的Nb Hf10-1铌铪合金喷管延伸段的发动机通过了高模试车考核。     

国外高能束流焊接技术发展现状

从电子束焊接、激光焊接、复合束流焊接、激光－电弧焊等几个方面，综述了国外高能束流焊接技术的发展现状。     

高温激光焊接创新技术扩展先进高强度钢的应用

正巴西空军司令部高级研究所研究员Milton Sergio Fernandes de Lima开发了一种适用于航空航天工业的先进高强度钢(AHS)高温激光焊接创新技术,该研究结果已经在《焊接杂志》上发表。某些高强度钢在焊接时会变脆,并且在经历热冲压和成形工艺时可能破裂,这限制了先进高强度钢(AHS)在工业领域的应用,该创新技术解决了这一问题。该创新技术包括在进行激光焊接前10min,加热22Mn B5钢板至大约450℃,以均衡温度。焊接完成后,     

电流对激光-电阻复合焊接铝合金焊缝成形的影响

采用激光-电阻缝焊复合焊接进行了铝合金T型接头焊接试验,并通过改变滚轮电极形状、电流流过方式和电流大小等研究了不同焊接电流对焊缝成形的影响规律。试验结果表明:对于单侧双滚轮电阻缝焊与激光复合焊接来说,采用圆弧形滚轮电极,一滚轮作用于蒙皮、另一滚轮作用于骨架进行复合焊接,有利于获得良好的焊缝成形和优质焊接接头。此外,激光-电阻缝焊复合焊接铝合金T型接头的焊缝组织与力学性能测试结果表明:与单激光焊接相比,激光-电阻缝焊复合焊接虽然由于热输入量增大,导致析出相明显长大;但由于复合焊接增加了搭接面熔合尺寸,焊接接头抗剪力可以提高24.7%左右。     

铝合金CO2激光-TIG电弧复合焊接试验研究

以LF6铝合金为材料,开展了CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验研究。试验结果表明,与单激光或TIG电弧比较,激光-TIG复合焊接可以提高焊缝熔深,改善焊缝成形,降低气孔和下塌等焊接缺陷。在此基础上,进一步研究了不同工艺参数对焊缝成形的影响,探索了铝合金激光-TIG电弧复合焊接的可行性。     

钛合金T型接头激光深熔焊温度场数值模拟

激光深熔焊接温度场分析对于焊接应力、变形与接头组织性能预测,优化焊接工艺,保证焊接结构的制造质量等方面具有重要意义。针对激光深熔焊特点,采用组合热源模型与瞬态有限元方法,通过确定合理的能量分配系数,依据熔池边界准则,对钛合金T型接头激光深熔焊的三维温度场进行了模拟研究。     

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。     

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。     

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.     

空间发动机激光焊功率阈值研究

对空间发动机模拟件进行了激光焊功率阈值研究,结果表明:焊接速度、离焦量、光束质量、保护气体等工艺因素均与阈值区间有关,阈值区间与焊接速度和离焦量成正向关系,光束质量对阈值区间的影响需要用焊接试验的实测值来确定,保护气体成分对YAG激光焊的阈值区间基本没有影响,但吹送方式和流量对阈值区间有明显作用。在空间发动机激光焊功率阈值的理论研究与工艺试验基础之上得到了最优激光焊工艺规范,采用该规范焊接的产品已通过了飞行试验考核,由此表明:空间发动机激光焊功率阈值研究的结果是正确、合理和有效的。     

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。     

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。     

铝合金双光束激光填丝焊接熔丝特征分析

以5A06铝合金作为试验材料,采用单/双光束激光焊接方法进行了自熔焊接与填丝焊接试验。通过对焊接过程中熔池流动、匙孔形态及焊丝熔化与过渡过程的观察,研究了不同光束模式下焊丝熔化特性及影响因素。单光束激光焊接时,由于能量密度较高,熔池及匙孔波动剧烈;双光束模式中降低了输入的能量密度,在光斑距离1.5 mm时形成两个独立匙孔的开口面积仅为单激光时的34%,匙孔无闭合现象,熔化焊丝以双液桥形式过渡。光丝分离距离1 mm范围内,焊丝熔化过程稳定;光丝重合范围达到1 mm时焊接过程稳定性下降;光丝部分重叠的条件下,熔化过渡过程最为稳定。     

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。     

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。