CO_2激光焊接TC4熔池红外光辐射信号与焊接参数的关系

利用CCD摄像机以及红外光辐射信号监测系统系统地研究了钛合金TC4激光焊接过程中红外光辐射信号的特征以及焊接线能量与熔池红外光辐射信号熔池面积的关系。研究表明,(1)对应整条焊缝,红外光辐射信号可明显分为3个阶段,分别对应焊接起始阶段、准稳态阶段及焊接收弧阶段(;2)当线能量增加(功率不变焊接速度降低)时,熔池面积变大,红外光辐射信号相对强度随之增强;(3)熔池面积与红外光辐射信号相对强度之间存在相同的变化规律,因此利用红外光辐射信号可以相当准确地监测焊接过程的熔池面积变化,进而监测焊接过程的稳定性。     

负压激光焊接技术研究进展

传统焊接方法难以满足大型构件厚板焊接对焊接效率和焊接质量的要求,而高功率激光焊接具有能量密度大、焊接效率高、焊缝深宽比大、接头质量高等特点,成为业界研究和应用的热点。然而近年来的研究发现,激光功率增大至一定程度,由于焊缝熔池的液体金属在激光作用下强烈蒸发而产生的金属蒸气和等离子羽烟对激光产生了吸收、折射、散射等屏蔽作用,使激光能量进入熔池小孔受阻,焊接熔深不再随激光功率线性增加。而负压环境却能使相同激光功率下的焊接熔深得到大幅度提升,获得成形良好的焊缝。根据近些年国内外学者在负压激光焊接方面的研究,综合介绍了负压环境下的激光焊接及其相关问题的研究进展,以期对国内相关研究发展起到促进作用。     

6061铝合金激光穿透焊的焊缝成形

分别采用光纤激光和YAG激光对2.5mm厚的6061铝合金开展了激光穿透焊接试验,研究了主要焊接参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,与YAG激光相比,高能量密度的光纤激光更易于实现穿透焊接,且光纤激光获得良好焊缝成形的工艺区间更大。在穿透焊接条件下,焊缝截面形貌分为钉头形和近X形两种。当激光功率较高时,光纤激光焊缝更趋向于生成近X形截面,YAG激光焊缝更易于生成钉头形截面。焊缝成形受激光功率密度和焊接热输入双重因素的影响。随激光功率密度和焊接热输入的增大,光纤激光焊缝截面形貌逐渐由钉头形向近X形转变。     

稀土对GH4169激光微焊接接头组织性能的影响

通过添加稀土元素Ce对0.2mm厚的GH4169高温合金进行微激光对接焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪测试等分析方法,对比研究稀土元素对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能的影响。结果表明：在添加稀土元素的条件下焊接时,对焊接工艺参数进行正交试验优化,得出焊接最优工艺参数为脉冲功率17%、脉冲频率4.0Hz、脉冲宽度3.1 ms,此时焊接接头断裂在母材。焊接过程中,液态金属流动使稀土在熔池中均匀混合,获得了组织均匀的焊缝。稀土元素能够改变焊缝温度梯度,形成“梯形”状焊缝;同时,稀土元素能够降低接头的显微硬度,增强接头的韧性和塑性。     

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.     

活性剂电弧焊机理的初步研究

本文针对不锈钢活性剂电弧焊过程,分析了不同种类活性剂(含单组分活性剂)对焊缝成形、接头熔深、电弧宏观形态的影响,并采用X射线透射微焦高速录像系统,观测了熔池内部液态金属的流动状态和特征,从而,对于不锈钢活性剂氩弧焊过程中出现的现象和相应的机理有初步的认识.实验结果表明,对比常规氩弧焊,在A-TIG焊接条件下,熔池液态金属流动具有剧烈的向内流动特征.进一步的探索性试验研究表明,活性剂技术--这种在钨极氩弧焊工业应用中已被普遍认可和接受的焊接技术很可能在其他弧焊领域得到更广泛的应用.     

SiCp/Al复合材料与2024铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的组织与性能

采用搅拌摩擦焊对SiCp/A1复合材料和铝合金异种材料的搭接进行了研究,并用光学显微镜和电子万能试验机对焊缝组织及力学性能进行了分析测试.结果表明:在合适的工艺参数下,可以获得较好的焊缝成形和无缺陷的焊缝组织.焊核区形成了明显的洋葱环形貌,洋葱环下方是搭接区,其中SiC颗粒细小,分布均匀,由搭接区下部到上部SiC颗粒呈梯度过渡.随焊接速度增加,搭接区SiC颗粒尺寸有所增加,在焊接速度为80mm/min时有裂纹形成,而焊缝力学性能也有所下降.在焊接速度为10mm/min时,焊缝抗剪强度较高,达到81.8MPa.     

镍基高温合金电子束焊缝形貌预测模型及其验证

针对深熔电子束焊特有的钉形焊缝形貌特征,在综合考虑了熔池和匙孔中能量吸收与再分布效应的基础上,建立了高斯面热源和圆柱体热源组合的移动热输入数值模型。进而利用ANSYS通用有限元软件,对镍基高温合金GH4133电子束焊的完全穿透和部分穿透焊接温度场进行了三维数值模拟,分析中考虑了辐射换热和温度相关材料性能的影响。两种情况下的预测结果与实际接头的焊缝金相轮廓吻合良好,证明了组合热源模型的有效性,为进一步开展热-力-组织多场耦合的准确分析提供了可靠的保证。     

YAG激光焊接钛合金TA15熔池特征

利用高速摄像,对YAG激光焊接钛合金TA15时的熔池特征以及动态过程进行了深入研究,结果表明,整个熔池可以分为3部分:(a)金属蒸气/等离子体区,它是一个以1kHz以上频率波动的过程;(b)温度超过2 000K的液态熔池区域;(c)半固态熔池区域,这是熔池的主要部分,其温度虽有一定的梯度,但基本保持在熔点温度.     

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.     

TC4钛合金激光焊缝超塑性行为研究

研究了TC4钛合金板激光焊缝的超塑性变形行为、组织演变,以及激光焊接板的横向超塑性变形特征.引进等轴化系数表征超塑性变形过程中焊缝组织等轴化进程,并对激光焊接/超塑成型技术基础问题提出了进一步展望.     

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.     

18Ni钢圆筒对接环焊缝TIG焊收缩变形力学性能及仿真研究

本文采用TIG焊接方法,对18Ni高强度不锈钢的圆筒对接环焊缝进行焊接。研究了环焊缝焊接后的收缩变形量,以及环焊缝焊接接头的力学性能。并通过金相观察,研究了焊接接头的微观组织。试验结果发现,18Ni高强度钢环焊缝焊接后的最大收缩变形量为0.4mm,最小收缩变形量为0.3mm。焊缝的上部宽度为7.98mm,下部宽度为4.27mm。焊缝边缘的组织为柱状树枝晶,焊缝中心的组织为等轴树枝晶。拉伸试验后发现,环焊缝焊接接头的抗拉强度最大为1875.35 MPa,最小为1856.74 MPa,且断裂位置均出现在母材上。     

激光深熔焊熔池动力学特性研究

分析了激光深熔焊熔池流体流动的热边界层和固-液界面边界层的特点,研究了小孔内壁金属蒸发以及小孔上方等离子焰对熔池流体流动的作用,在考虑入射激光功率密度以及流体粘度变化对激光焊接熔池影响的基础上,建立了具有激光深熔焊熔池特点的熔池动力学数学模型的框架,指明了激光小孔焊熔池流动模拟的发展方向。     

铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

国外激光加工技术的发展和应用(中)

激光焊接适用于各种相同金属材料和不同金属材料间的焊接.与电子束、等离子焊接相比,激光焊接具有溶池净化效应,能纯净焊缝金属,焊缝的机械性能相当于或优于基材.激光焊接的质量和     

TC4钛合金光纤激光焊接熔池尺寸与近红外光信号之间的关系

利用光信号实时监测系统对TC4钛合金光纤激光焊接熔池近红外光信号进行监测,探讨了熔池尺寸与近红外光信号之间的关系。试验结果表明,近红外光信号强度与熔池表面尺寸之间存在线性关系,在穿透型与非穿透型小孔条件下,二者之间的线性关系式不同;近红外光信号强度与熔深之间存在较为明显的二次曲线关系。     

焊接过程多场耦合模拟研究进展

焊接是一个涉及到多物理场耦合的复杂过程,采用传统的试验方法研究焊接现象存在成本高、效率低、局限性等问题,数值模拟技术很好地解决了这些问题,因此该技术已成为国内外焊接工作者研究的热点,在航空航天、汽车船舶等领域得到越来越广泛的应用。介绍了影响熔池形态和焊接变形的因素以及外加磁场对改善焊缝成形的作用,重点论述了数值模拟技术在多场耦合作用下焊接熔池形态、应力与变形以及焊缝成形控制等方面的应用及研究现状,在此基础上提出了焊接过程多场耦合模拟的未来发展动向。     

AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析

采用激光-MIC复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接.利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等,并检测了接头区域硬度和接头强度.试验结果表明:采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝,无明显的缺陷;焊缝热影响最大宽度位于激光区,约为100μm,焊缝组织为15～25μm的等轴晶粒;相比于母材,焊缝区的镁元素出现烧损,铝和锰元素的比例有一定增加;焊缝区主要为Mg,Al和少量的MgO相.焊接接头硬度值较均匀;焊缝抗拉强度达到222MPa,断口形貌为混合断裂断口.     

等离子超声电弧焊接MGH956合金激励频率的计算机优化

根据等离子弧焊接特点,利用双椭球体热源模型,对焊接温度场进行分析并建立三维熔池模型。以0Hz时超声电弧焊接熔池为对象,在最佳空化频率范围内,通过模态分析求解一阶谐振频率,并将与之对应的熔池响应情况进行预测。最后,通过分别施加不同大小的超声电弧频率,以三组2mm厚MGH956合金板作为实验材料进行平板对接焊试验。结果显示,接头横断面熔合线计算几何尺寸与尺寸符合良好。在谐振条件下,焊缝区面积增大,组织的细化效果较好,气孔率低,同时焊缝区软化现象得到显著改善。利用计算机模拟的方法基本达到了超声电弧频率优化的目的。