采用對接焊方法,對比研究了tc4鈦合金薄板光纖激光焊接和yag激光焊接接頭的宏觀形狀特征,分析了兩種焊接熱源在焊縫背寬比相同時的接頭拉伸性能差異,并獲得了焊接熱輸入對光纖激光焊接接頭宏觀形狀與拉伸性能的影響規(guī)律。試驗結果表明:光纖激光焊縫背寬比常常大于yag激光焊縫,焊接接頭的強度和塑性均高于yag激光焊接接頭。在穩(wěn)定光纖激光全熔透深熔焊接條件下,焊縫背寬比和焊接接頭的拉伸性能隨焊接熱輸入的增加呈現先上升再下降的趨勢,當焊接熱輸入為40j/mm,焊縫背寬比約0.8時,光纖激光焊接接頭具有最好的拉伸性能,抗拉強度為1133.72mpa,斷后伸長率為14.32%。

為了進一步解決深熔焊接小孔難以進行觀測的問題,本文通過＂三明治＂的方法,從而針對10kw光纖激光深熔焊接小孔進行了非常明顯的觀測,從而觀察到在激光深熔焊接的小孔內部以及孔壁出現液體流動的現象。對于小孔前沿壁上面的液體流動的＂臺階＂以及伴隨著流動物理學和蒸汽現象進行同步觀察之后,進一步發(fā)現了金屬微滴脫離小孔壁的整個過程以及產生蒸汽爆發(fā)的現象。

采用連續(xù)激光焊接,焊接速度可以達到50～60mm/s,相對于脈沖激光焊接,生產效率上極具優(yōu)勢。采用波長為1070nm的光纖激光對厚度為0.1mm的304不銹鋼超薄板進行連續(xù)激光搭接焊,研究了焊接功率、焊接速度和離焦量等焊接工藝參數對焊縫質量的影響規(guī)律。實驗表明,焊接功率的增加會逐步增加焊縫的熔深和熔寬,當焊接功率達到160w時,焊縫在下層板的熔深陡然增大,出現了不銹鋼超薄板的激光深熔焊;此外,相對于負離焦,正離焦更容易得到更深的熔深,但焊縫寬度會略有增加,采用+1mm的離焦量產生大熔深和窄焊寬,因此不銹鋼超薄板激光焊接適宜采用正離焦。

利用光纖激光對激光熔化沉積tc17鈦合金與鍛造tc17鈦合金薄板進行了激光熱導熔化焊接,利用光學顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射儀和顯微硬度計分析了接頭的組織結構及顯微硬度分布。結果表明,tc17鈦合金激光熔化沉積件及鍛件薄壁板狀試樣激光焊接接頭凝固組織為沿未熔母材外延定向生長的細小樹枝晶組織。鍛造鈦合金焊縫熱影響區(qū)(haz)大且熱影響區(qū)β晶粒發(fā)生了嚴重的長大現象,而激光熔化沉積鈦合金焊縫熱影響區(qū)小且熱影響區(qū)β晶粒尺寸幾乎無明顯變化,表現出優(yōu)異的焊接熱穩(wěn)定性。無論鍛造鈦合金還是激光熔化沉積鈦合金,其焊縫區(qū)顯微硬度高于母材,熱影響區(qū)顯微硬度低于母材。

采用光纖激光器對6016車用鋁合金與dc56d鍍鋅鋼搭接接頭進行了激光焊接試驗研究。研究了焊接速度對鋁/鋼搭接接頭熔深、界面金屬間化合物和強度的影響,以及單焊縫與雙焊縫兩種焊縫布置形式的接頭強度差異。采用掃描電子顯微鏡(sem)和能譜儀(eds)對焊接接頭顯微結構、金屬間化合物成分以及拉伸斷裂試樣的斷口進行了觀察測試。結果表明,選擇適當的焊接速度,控制熔深在合適范圍內時,可獲得較高強度的焊接接頭。接頭界面處生成的金屬間化合物主要有fe2al5,feal2和feal33種。采用雙焊縫布置形式可有效提高焊接接頭強度,接頭最大拉剪強度可達155n/mm,約為鋁合金母材抗拉強度的84%,相對單焊縫布置接頭提高了26%;拉伸試樣斷裂在鋁合金熱影響區(qū)處,斷裂屬于韌窩斷裂。

采用光纖激光焊接amca403鎂合金。分析了焊接接頭的微觀組織、硬度變化及不同焊接工藝參數對焊縫成形的影響規(guī)律及機理。結果表明:光纖激光焊接amca403鎂合金,能夠得到無明顯缺陷的焊接接頭。試驗中出現了熱導焊和深熔焊兩種焊接模式。在一定參數范圍內熱輸入是影響焊接模式和焊縫形狀的主要因素。焊縫區(qū)晶粒比母材細化,顯微硬度明顯提高。同一功率下,隨焊接速度提高,焊縫晶粒減小,硬度增大。

2060-t8鋁鋰合金是具有低密度、高比強度,及良好低溫性能的新型輕量化航空材料。采用光纖激光器并填充5087(al-mg-zr)焊絲焊接2mm厚2060-t8鋁鋰合金,研究了工藝參數對焊接接頭熱裂紋敏感性的影響,分析了焊接接頭的顯微組織及力學性能。研究結果表明,結晶裂紋敏感性隨激光功率和焊接速度的增加而增加,隨送絲速度的增加而降低。在激光功率為3kw、焊接速度和送絲速度為3m/min的工藝參數下接頭成形良好,無焊接裂紋,焊接接頭的平均抗拉強度為309mpa,斷裂發(fā)生在焊縫區(qū)。同焊縫上部及下部相比,焊縫腰部熔合線附近細晶區(qū)等軸晶數量較多且柱狀晶明顯細化,這與熔池流動機制與邊界層厚度有關。

通過系列試驗確定合理的焊縫坡口、焊接順序以及工藝余量,最終減少大型中厚板鋁合金框架的焊接變形,滿足了設計圖紙要求。

為提高車身常用鍍鋅板的焊接質量和焊接效率,采用4000w光纖激光對厚度為0.8mm常用的鍍鋅板進行了焊接試驗,分析了焊接速度,焊接氣體和搭接間隙對焊接質量和焊接效率的影響.結果表明:焊接速度隨著功率的增大而加快,,焊接間隙應該控制在0.07-0.1mm之間.

采用光纖激光對車用6016鋁合金與鍍鋅鋼無坡口對接接頭進行深熔填絲釬焊,對接頭焊縫的成形、微觀結構和顯微組織,以及力學性能進行了分析。掃描電鏡(sem)分析表明,在鍍鋅鋼與釬焊縫界面存在一層薄金屬間化合物,不同位置中間層的厚度不盡相同,平均厚度約為4.12μm;能譜(eds)和x射線衍射(xrd)分析表明生成的金屬間化合物主要為τ5-al8fe2si,θ-al13fe4和ζ-al2fe。拉伸試驗中試樣斷裂于鋁合金母材的熱影響區(qū),抗拉強度可達162mpa,斷裂接頭發(fā)生明顯的"縮頸"現象;斷口分析表明,接頭的斷裂主要是韌窩斷裂。

基于激光—mig復合熱源焊接技術實現了5a02鋁合金/鍍鋅鋼異種金屬板材的優(yōu)質、高效熔—釬焊接,并對焊縫的成形、接頭性能及微觀結構作了分析。分析結果表明,該焊接技術可以實現5a02鋁合金/鍍鋅鋼的高速熔—釬焊接,最高焊接速度可達5m/min,焊接接頭中鍍鋅鋼母材未發(fā)生熔化,鋁焊縫與鍍鋅鋼母材為釬焊連接;焊接接頭的抗拉強度可達153.1mpa,約為5a02鋁合金母材抗拉強度的75.7%,接近于該鋁合金熔化焊接頭的強度;拉伸試驗中試樣斷裂在焊縫鋁合金母材熱影響區(qū),接頭的斷裂主要是塑性斷裂,但有脆性斷裂的痕跡。對接頭的組織和結構進行分析表明:焊縫釬接界面處生成了一薄層al-fe金屬間化合物,化合物層的平均厚度約為1.51μm,生成的金屬間化合物主要為fe3al、feal2、fe2al5、feal3,并且在這些化合物的周圍會產生si元素的富集。

采用激光-電阻復合焊接方法進行鋁合金t型接頭焊接工藝試驗,對激光-電阻復合焊接過程中的主要焊接工藝參數:滾輪電極形狀、電流大小和激光功率對焊縫成形及接頭性能的影響進行分析,并優(yōu)化工藝參數以獲得良好的焊縫成形和優(yōu)質焊接接頭。試驗結果表明:采用弧形端面滾輪電極,在合適的電流和激光功率參數條件下,激光-電阻復合焊接t型接頭不僅可以降低接頭搭接面的間隙,而且改善焊縫成形,增加搭接面的焊縫寬度,使t型接頭的拉伸剪切載荷與單獨激光焊接相比得到顯著提高。激光-電阻復合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工業(yè)應用范圍。

隨著海工裝備和核電工業(yè)的發(fā)展,對不銹鋼厚板的焊接要求越來越高。采用正交試驗方法對6mm厚的ansi304不銹鋼進行光纖激光拼焊,研究了工藝參數(包括激光功率、焊接速度和離焦量)變化對304不銹鋼(0cr19ni9)焊接結果的影響,結合激光深熔焊原理對試驗結果進行了理論分析,并對焊接試件進行了拉伸試驗,檢測了焊接試件的拉伸性能,獲得了6mm厚ansi304不銹鋼激光焊接的最佳工藝參數。

鋁合金激光焊接難點及解決對策 一、概述 鋁合金具有高比強度、高比模具和高疲勞強度以及良好的斷裂韌性和較低的裂紋擴展率，同 時還具有優(yōu)良的成形工藝性和良好的抗腐蝕性。因此，廣泛應用于各種焊接結構和產品中。 傳統(tǒng)的鋁合金焊接一般采用tig焊或mig焊工藝，但所面臨的主要問題是焊接過程中較大 的熱輸入使鋁合金變形大，焊接速度慢，生產效率低。由于焊接變形大，隨后的矯正工作往 往浪費大量的時間，增加了制造成本，影響了生產效率和生產質量，而激光焊接具有功率密 度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區(qū)小和焊接變形小等特點，使其在鋁合金焊接領域受到格 外的重視。 鋁合金激光焊接的主要難點在于： 1、鋁合金對激光束的高初始反射率及其本身的高導熱性，使鋁合金在未熔化前對激光的 吸收率低，“小孔”的誘導比較困難。 2、鋁的電離能低，焊接過程中光致等離子體易于過程和擴散，使得焊接穩(wěn)定性差。

鋁合金激光焊接技術優(yōu)化研究

概述了鋁合金的焊接特性以及焊接過程中的難點,由于鋁高反射、導熱快的特點,激光焊接也不可避免地存在一般熔焊常遇到的焊縫氣孔、焊接熱裂紋等問題。鑒于鋁合金自身特點,也使激光焊接工藝更加復雜,亟待改進和完善。提出了相關改進措施,通過表面處理、改善焊接接頭、調整焊接波型參數等來改善鋁合金焊接性能。

采用gsi的jk-200fl型連續(xù)光纖激光器實現了0.2mm厚304不銹鋼片的對接焊。在氬氣保護下,優(yōu)化后工藝參數為激光功率90w,光斑直徑0.2mm,焊接速度1200mm/min,獲得成形良好、無缺陷的焊縫。采用金相顯微鏡可見焊縫組織由邊緣細小的柱狀晶和中心部位細小的等軸晶組成。經硬度測試和彎折測試,表明焊縫處的硬度和強度均達到甚至超過母材。

工藝試驗的目的是尋求相對經濟實用的鋁合金激光焊接方法,為現代工業(yè)裝配生產提供新的工藝思路,促進生產效率的提升和成本的降低。分析了鋁合金激光焊接的工藝特性、技術難點和解決思路,記錄利用300w激光對鋁合金進行單光束焊接的有關參數和焊接效果,搭建雙光束激光焊接試驗平臺,記錄較高功率雙光束和總量約500w激光分成雙光束焊接試驗過程及有關參數。進行了激光、氬弧混合焊接試驗。對部分焊接樣品進行了定量分析。經過分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進意見。

研究了光纖激光入射角變化對車用高強鋼(b340/590dp)對接焊焊接性能的影響。采用前期試驗得出的激光垂直入射狀態(tài)下的最優(yōu)焊接參數,在該最優(yōu)參數條件下,利用4kw光纖激光器進行了1.6mm厚的雙相b340/590dp不同入射角條件下的對接焊試驗。分析入射角變化對焊接件外觀形貌、焊縫截面、力學性能和微觀組織的影響。試驗結果表明:激光入射角小于40°時焊縫外觀形貌良好,組織細密均勻,能承受較大的拉剪載荷且拉剪試驗均斷裂在母材區(qū);入射角大于40°時,焊縫背面形成單邊焊。

鋁合金的攪拌摩擦焊(fsw)通常在焊接區(qū)形成上高下低"淺漏斗狀"的溫度場,使焊縫厚度方向的組織性能差異較大.為了得到更好的焊接效果,文中提出超聲攪拌復合焊思想,將超聲波通過攪拌頭導入焊縫縱深處,以改善焊縫組織性能.試驗采用2.5mm厚的2219鋁合金分別用上述兩種方法進行焊接,并對焊縫的微觀組織和力學性能進行了分析比較.結果表明,兩種方法焊接的2219鋁合金均可得到成形美觀內部無缺陷的焊縫,超聲攪拌復合焊的焊縫力學性能明顯要優(yōu)于攪拌摩擦焊.

美國海軍金屬加工中心和海軍焊接中心等造船和科研機構新近開發(fā)成功一項激光焊接金屬夾層復合板的新技術。因為先進的海軍船只必須減輕重量、改善戰(zhàn)斗效力和機動性。在制造和加工技未上的進步，使得激光焊接金屬夾層復合板在海軍船只上更加適用和經濟可行。其設計就如同厚硬紙波紋板一樣，由兩塊金屬板與波紋狀金屬芯板通過激光焊接復合制成。

研究了鋁合金車體單絲和雙絲mig自動焊的焊接方法,通過焊接對比試驗,分析焊接接頭的組織和力學性能,總結出兩種焊接方法的最佳工藝參數。試驗結果表明,雙絲mig自動焊接具有焊接速度快、熱輸入小、焊縫組織晶粒細小均勻、接頭力學性能良好、生產效率高等優(yōu)點,適用于鋁合金車體批量焊接生產。