5083铝合金摆动激光电弧复合焊工艺研究

为了减少铝合金激光焊接内部气孔,提升焊缝质量,采用摆动的光纤激光对6mm-5083铝合金锁底对接接头进行摆动激光-MIG复合焊接。研究了摆动激光束的频率、振幅对焊缝内部气孔数量和熔深的影响,并采用正交试验研究了激光功率、焊接速度、焊接电流、摆动频率对焊缝内部质量的影响,获取了最优参数,进而分析了最优参数下焊缝的微观组织及力学性能。试验结果表明,激光束摆动频率及振幅的提升均有助于消除气孔缺欠,各因素对气孔率的影响大小依次为光束摆动频率、焊接电流、焊接速度、激光功率,当采用功率6400W、焊接电流136A、焊接速度28mm/s、摆动频率240Hz、摆动振幅1 5mm的参数焊接6mm-5083铝合金时,焊缝内部无明显气孔,接头平均硬度为70.4HV,焊缝强度278MPa,达到母材91.9%。     

填充焊丝对6061铝合金激光焊缝成形的影响

采用ER5356焊丝研究了光丝间距对焊丝进入熔池的熔滴过渡方式的影响,对比分析了送丝速度、焊丝成分对焊缝成形的影响规律.结果表明:不同范围内的光丝间距,导致焊接过程中的熔滴过渡方式不同;相对于颗粒过渡,表面张力过渡方式更有利于获得较好的焊缝成形;送丝速度对焊缝熔宽的影响不大,但对焊缝正面余高和背面下塌量的影响较为显著;相对于ER4043焊丝,ER5356焊丝更适于6061铝合金的激光填丝焊接.     

工艺参数对2A97T3铝锂合金光纤激光焊接焊缝成形的影响

通过系统的工艺试验研究了1.2mm的2A97T3铝锂合金光纤激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明:增大焊接热输入会使焊缝熔宽及背宽比增加,其中背面熔宽变化显著,而正面熔宽变化幅度较小;焊接热输入过大时,会出现因焊缝下塌而导致熔宽减小的现象。随着焊接速度和激光功率的增大,形成深熔焊缝的参数范围会越来越窄。在线能量相同的情况下,高速焊所获得的焊缝成形较好,热导焊焊缝硬度明显高于深熔焊焊缝的硬度。     

6061铝合金超声电弧MIG焊声电特性和工艺

超声电弧焊接技术是一种细化焊缝晶粒和提升接头力学性能的有效手段。为了研究超声电弧MIG焊接过程中超声的激发和作用机制,更好的控制超声电弧,通过高频调制MIG焊接电弧,激发出超声波,在焊接过程中通过信号采集和分析,获得电弧的电信号特征和声激发特性,初步确定了焊接电弧的输入阻抗、受激超声的声压同激励参数之间的近似关系,并研究了超声电弧对焊缝成形和显微组织的作用效果。试验结果表明,外加的超声激励使电弧电压在基值处出现高频振荡现象,MIG焊电弧对超声激励的输入阻抗与激励频率有关,激励频率越大,受激的三角波电流越小,输入阻抗就越大;MIG焊电弧中超声的响应频率与激励频率一致,而超声的声压幅度与激励能量有关,激励频率越小、激励电压越大时,激励能量越大,超声的声压振幅越大。与常规MIG焊相比,超声电弧的引入可以增加焊缝熔深,当U_e=55 V,f=70 kHz时,焊缝熔深增加23%。焊缝金属晶粒得到细化,焊缝金属中的析出相更加弥散分布。     

激光精细表面制造工艺研究及应用:清洗与抛光

介绍了激光精细表面制造中的两类关键技术——激光清洗和激光抛光,以及其在提高结构材料表面质量和性能表现中的研究和应用。采用激光清洗技术去除铝合金表面氧化层,清洗表面氧含量显著降低,从而明显提高铝合金焊缝质量,避免熔合区气孔形成;通过激光抛光技术对增材成形钛合金构件进行抛光,可将表面粗糙度由5μm以上降低到1μm以下,同时激光抛光钛合金表面发生相变,使表面硬度和耐磨性得到显著提高。最后,进一步讨论激光清洗和抛光复合技术处理Ni-Ti形状记忆合金(SMA)表面的可行性。     

D406A钢A-TIG的焊接性试验

针对6.5 mm厚D406A超高强度钢采用活化剂进行A-TIG焊接试验研究,对焊缝外观成型、焊缝熔深、接头显微组织以及接头力学性能进行综合分析,研究了活化剂涂敷量和焊接工艺参数（焊接电流、焊接电压、焊接速度）对A-TIG焊缝熔深和熔宽的影响。结果表明,在相同焊接参数下,使用活化剂可使焊缝熔深比常规TIG焊增加一倍以上,焊缝成型良好。活化剂的涂敷存在最佳的涂敷量,焊接电流、焊接电压和焊接速度等焊接参数的变化,对焊缝熔深和深宽比的变化产生不同影响。     

超声振动辅助激光熔覆技术研究进展综述

基于激光熔覆的高效表面改性与成形优势,引入超声能场克服其快速凝固导致的缺陷,已成为当前国内外的研究热点.研究表明,在施加超声振动后,激光熔覆层晶粒细化且可形成等轴晶,同时微裂纹及气孔缺陷显著抑制,硬度、耐磨性和抗氧化性等性能均得到改善.结合本课题组在超声振动辅助激光熔覆(ULC)技术领域的研究工作,考虑超声振动的特性,...     

超声振动辅助电火花微孔加工研究进展

超声振动辅助电火花（UVE）微孔加工作为一种特种复合加工技术,是提高难加工材料微孔加工性能的有效途径之一。在UVE微孔加工中,根据超声振动作用形式不同,可分为电极振动、工件振动和工作液振动3种微孔加工方式。电极振动的UVE微孔加工中,超声频率一般为20～40kHz,超声振幅为5μm左右,材料去除率可提高40%～60%,可加工深径比最大接近30的微孔。工件振动的UVE微孔加工中,超声频率大多小于30kHz,超声振幅小于10μm,材料去除率可提高40%左右,微孔锥度降低30%左右。工作液振动的UVE微孔加工中,超声频率一般大于40kHz,超声振幅大于5μm,材料去除率最大可提高33倍,孔壁粗糙度可达Ra0.2μm。对3种类型的UVE微孔加工的研究成果进行了总结与分析,探讨了3种类型的UVE微孔加工机理以及存在的问题,对比了3种振动类型的UVE微孔加工特点以及适用范围,并对UVE微孔加工发展趋势进行了展望。     

铝/铜异种金属搭接无倾角微搅拌摩擦焊接工艺特性

以0.5mm厚6061铝合金和2mm厚T2紫铜搭接接头为研究对象,开展了无倾角微搅拌摩擦焊接试验,通过对搅拌工具材料选择、焊缝成形、接头性能分析,研究了其焊接工艺特性。试验结果表明,相比热作模具钢,采用高速工具钢制成的搅拌工具有更长的使用寿命。对于铝/铜搭接接头,无倾角微搅拌摩擦焊接能获得成形良好的焊缝,并且其工艺窗口宽泛,接头的力学性能良好,其承载能力能够达到铝合金母材的95%以上,但是当焊接速度为200mm/min时,主轴转速一旦超过25000r/min,焊缝表面将会出现沟槽缺陷。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

对2mm厚的LY12铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,对接头的微观组织和力学性能进行了分析.结果表明:当搅拌头旋转速度1000r/min、焊接速度200r/min时,焊核区为细小均匀的等轴晶,晶粒大小在2～6μm之间;热机影响区晶粒沿流线方向被拉长,前进侧比后退侧晶粒变化明显.焊缝成形良好,接头抗拉强度为438.72MPa,...     

铝合金变极性TIG焊工艺参数对焊缝成形的影响

研究了5A06铝合金变极性TIG焊接参数对焊缝成形的影响,研究表明:DCEP半波电流值增大和DCEN半波所占比例的减小一方面会使得清理作用的宽度增大,同时也使得熔宽和熔深都有所增加;阴极清理作用一定的情况下,DCEN半波电流值越大,熔宽和熔深越大;随着频率的增加,熔宽更小,熔深更大.阴极清理作用也与频率有关系,频率越大,阴极清理作用越差.     

交流频率及装配质量对单面自动焊接头性能的影响分析

开展了6 mm 2A14-T6铝合金对接接头的单面焊双面成形焊接工艺研究,详细分析了交流频率和装配精度对焊缝成形及接头力学性能的影响规律。结果表明:随着交流频率从60 Hz逐渐增加至80 Hz,2A14铝合金对接接头的平均抗拉强度从356 MPa降低至310 MPa,但接头延伸率没有显著变化。装配精度对焊缝质量的影响分析结果显示:随着装配间隙增大,焊缝背部成形效果变差。当间隙超过20%板厚时,焊缝易直接熔穿或单面切割,无法形成焊漏。随着装配错边增大,焊缝背部成形逐渐变差,出现咬边现象;接头力学性能测试显示,随着装配错边的增加,接头抗拉强度和延伸率均呈逐渐下降的趋势。在实际工程应用中,局部错边应控制在25%板厚范围内。     

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.     

GH4169合金激光选区熔化成形工艺与缺陷特征的相关性

通过改变激光选区熔化成形工艺,即激光功率和扫描速度,制备多个GH4169试样。采用金相法观察显微组织及其内部缺陷的形貌与分布,采用X射线断层成像获得试样孔隙率,并统计分析缺陷三维特征,研究成形工艺与缺陷特征的相关性。结果表明：当能量输入密度为59.1 J/mm³的优化工艺时成形试样中互相搭接的熔道形貌齐整、随机分布的规则气孔尺寸小于30μm、致密度高达99.9998%。在较窄的工艺窗口下(220～300 W、700～1300 mm/s),试样致密度对扫描速度更为敏感,高扫描速度易形成分布在熔道搭接区内极不规则的未熔合。偏离优化工艺时,缺陷数量增多,部分缺陷尺寸大于30μm,其中高激光功率形成的气孔形状或高扫描速度形成的未熔合形状都与各自的尺寸密切相关,即尺寸越大,形状越不规则,产生的不利影响要远大于规则气孔。     

Invar合金超声频脉冲电弧增材修复界面组织特征

为提高航空复合材料用Invar合金模具修复再制造的质量,本文对比研究了超声频脉冲电弧和普通直流电弧对Invar合金电弧增材修复熔覆金属界面组织特征的影响。结果表明,通过引入超声频脉冲电流,可在更低的热输入量条件下获得与常规直流电弧相当的熔深。重熔填充金属主要由柱状枝晶构成,重熔母材区主要由胞状晶构成。相比直流电弧,超声频脉冲电弧作用下胞状晶柱状生长可被有效阻断,进而获得短棒状胞状晶。在直流电弧重熔金属区可观察到大量晶间微米尺度热裂纹,而超声频脉冲电弧可有效抑制热裂纹等缺陷。     

SiCp/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_p/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_p/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_p/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_p/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_p/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。     

齿轮钢淬硬表面超声振动辅助磨削试验研究

为解决齿轮钢淬硬表面在传统磨削中加工效率低、表面完整性差的难题,引入超声振动辅助磨削加工技术。开展了淬硬齿轮钢AISI 9310和轴承钢GCr15切向超声振动辅助平面磨削加工对比试验,通过分析磨削力和磨削表面质量,对齿轮钢淬硬表面超声振动辅助磨削加工工艺进行研究。结果表明,超声振动辅助磨削能有效降低磨削力和比磨削能,随着材料去除率的增大,超声磨削力比更加稳定,有利于提高加工效率。利用本次试验数据建立的经验公式可以有效预测白刚玉砂轮磨削AISI 9310与GCr15淬硬表面时的法向磨削力大小,误差在10%以内。当磨削速度、工件进给速度和磨削深度分别为15 m/s、8 m/min和15μm时,相比于传统磨削,超声振动辅助磨削中AISI9310与GCr15的表面粗糙度分别降低了9.47%和7.39%,并减少了加工表面缺陷,有利于提高工件表面完整性。     

切向超声辅助氧化锆陶瓷镜面磨削试验研究

氧化锆陶瓷具有高脆性、低断裂韧性等特点,精密加工难度大,一直限制着其应用。针对这一难题,提出了切向超声辅助镜面磨削的精密加工方法,研究了超声振幅对工件表面粗糙度、磨削力和磨削温度的影响,以及有/无超声作用下砂轮的磨损状况等基础加工特性。结果表明,切向超声辅助磨削可以实现氧化锆陶瓷镜面加工,在振幅A_p–p=4.66μm时,与传统磨削(A_p–p=0)相比,工件表面粗糙度下降43.8%,达到了R_a19.9nm;法向磨削力随着超声振幅增大而下降,最大下降34%,但下降速率逐渐变小;磨削温度也随着超声振幅增大而下降,当A_p–p=4.66μm时,磨削温度比无超声时下降34.5%。此外,切向超声辅助磨削加工可以改善砂轮的磨损状况,减少砂轮上磨粒的脱落,延长砂轮使用寿命。     

铝合金激光增材制造支撑布局及精确成形机制

航空航天领域复杂金属构件在激光增材制造过程中大多需添加支撑结构,尤以块状支撑结构应用最广泛。合理确定支撑间距及悬垂面后处理加工余量,对于激光精确成形至关重要。研究了支撑间距对选区激光熔化成形AlSi10Mg材料致密度、表面形貌、显微组织、硬度的影响规律,并通过数值模拟的方法揭示了支撑结构对成形性的影响机理。研究表明,不同支撑间距试样的平均致密度变化范围为96.7%～97.3%,当支撑间距小于1 mm时,去除支撑后试样下表面粗糙度稳定为约0.28 mm。成形试样底层受支撑结构影响可分为缺陷区、过渡区、致密区,在支撑间距为1 mm以下时,缺陷区厚度保持在约456μm。缺陷区的网状Si较粗大且稀疏,硬度为90 HV_0.1;致密区的网状Si较细小且密集,硬度为115 HV_0.1。支撑结构能有效阻止金属熔体侵入下层粉末,使熔池维持正常形态（最大长度为190μm,最大宽度为100μm）,有利于熔道内金属粉末充分熔化,保证成形性。激光增材制造铝合金复杂构件时设定最优支撑间距为1 mm可减少材料浪费和加工时长,设定悬垂面加工余量为456μm可在后处理中将缺陷...     

2219厚板铝合金TIG和MIG焊接接头组织与性能对比研究

对15mm厚2219-C10S铝合金分别进行钨极惰性气体保护焊（TIG）、熔化极惰性气体保护焊（MIG）对接试验,对接头焊缝成形、内部质量、组织形貌及力学拉伸性能进行对比分析。结果表明：TIG焊缝表面光亮洁净,鱼鳞纹美观,焊缝内部近无缺陷,MIG焊接头焊缝飞溅较多,焊缝表面较为粗糙,焊缝内部存在少数单个小气孔。TIG焊缝晶粒尺寸较为细小,分布均匀,MIG焊盖面的焊缝组织晶粒则比较粗大,分布不均,热影响区比TIG焊接头的晶粒更为粗大。两种接头的熔合区组织不均匀,晶粒大小不一。常温拉伸试验中,两种接头均沿熔合区断裂,TIG焊接头强度和塑性要优于MIG接头。