光纤激光MIG复合焊接中厚板铝合金组织特征

采用对接焊方法,对比研究了tc4钛合金薄板光纤激光焊接和yag激光焊接接头的宏观形状特征,分析了两种焊接热源在焊缝背宽比相同时的接头拉伸性能差异,并获得了焊接热输入对光纤激光焊接接头宏观形状与拉伸性能的影响规律。试验结果表明:光纤激光焊缝背宽比常常大于yag激光焊缝,焊接接头的强度和塑性均高于yag激光焊接接头。在稳定光纤激光全熔透深熔焊接条件下,焊缝背宽比和焊接接头的拉伸性能随焊接热输入的增加呈现先上升再下降的趋势,当焊接热输入为40j/mm,焊缝背宽比约0.8时,光纤激光焊接接头具有最好的拉伸性能,抗拉强度为1133.72mpa,断后伸长率为14.32%。

为了进一步解决深熔焊接小孔难以进行观测的问题,本文通过＂三明治＂的方法,从而针对10kw光纤激光深熔焊接小孔进行了非常明显的观测,从而观察到在激光深熔焊接的小孔内部以及孔壁出现液体流动的现象。对于小孔前沿壁上面的液体流动的＂台阶＂以及伴随着流动物理学和蒸汽现象进行同步观察之后,进一步发现了金属微滴脱离小孔壁的整个过程以及产生蒸汽爆发的现象。

采用连续激光焊接,焊接速度可以达到50～60mm/s,相对于脉冲激光焊接,生产效率上极具优势。采用波长为1070nm的光纤激光对厚度为0.1mm的304不锈钢超薄板进行连续激光搭接焊,研究了焊接功率、焊接速度和离焦量等焊接工艺参数对焊缝质量的影响规律。实验表明,焊接功率的增加会逐步增加焊缝的熔深和熔宽,当焊接功率达到160w时,焊缝在下层板的熔深陡然增大,出现了不锈钢超薄板的激光深熔焊;此外,相对于负离焦,正离焦更容易得到更深的熔深,但焊缝宽度会略有增加,采用+1mm的离焦量产生大熔深和窄焊宽,因此不锈钢超薄板激光焊接适宜采用正离焦。

利用光纤激光对激光熔化沉积tc17钛合金与锻造tc17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、x射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,tc17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(haz)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。

采用光纤激光器对6016车用铝合金与dc56d镀锌钢搭接接头进行了激光焊接试验研究。研究了焊接速度对铝/钢搭接接头熔深、界面金属间化合物和强度的影响,以及单焊缝与双焊缝两种焊缝布置形式的接头强度差异。采用扫描电子显微镜(sem)和能谱仪(eds)对焊接接头显微结构、金属间化合物成分以及拉伸断裂试样的断口进行了观察测试。结果表明,选择适当的焊接速度,控制熔深在合适范围内时,可获得较高强度的焊接接头。接头界面处生成的金属间化合物主要有fe2al5,feal2和feal33种。采用双焊缝布置形式可有效提高焊接接头强度,接头最大拉剪强度可达155n/mm,约为铝合金母材抗拉强度的84%,相对单焊缝布置接头提高了26%;拉伸试样断裂在铝合金热影响区处,断裂属于韧窝断裂。

采用光纤激光焊接amca403镁合金。分析了焊接接头的微观组织、硬度变化及不同焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律及机理。结果表明:光纤激光焊接amca403镁合金,能够得到无明显缺陷的焊接接头。试验中出现了热导焊和深熔焊两种焊接模式。在一定参数范围内热输入是影响焊接模式和焊缝形状的主要因素。焊缝区晶粒比母材细化,显微硬度明显提高。同一功率下,随焊接速度提高,焊缝晶粒减小,硬度增大。

2060-t8铝锂合金是具有低密度、高比强度,及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087(al-mg-zr)焊丝焊接2mm厚2060-t8铝锂合金,研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响,分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加,随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3kw、焊接速度和送丝速度为3m/min的工艺参数下接头成形良好,无焊接裂纹,焊接接头的平均抗拉强度为309mpa,断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比,焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化,这与熔池流动机制与边界层厚度有关。

通过系列试验确定合理的焊缝坡口、焊接顺序以及工艺余量,最终减少大型中厚板铝合金框架的焊接变形,满足了设计图纸要求。

为提高车身常用镀锌板的焊接质量和焊接效率,采用4000w光纤激光对厚度为0.8mm常用的镀锌板进行了焊接试验,分析了焊接速度,焊接气体和搭接间隙对焊接质量和焊接效率的影响.结果表明:焊接速度随着功率的增大而加快,,焊接间隙应该控制在0.07-0.1mm之间.

采用光纤激光对车用6016铝合金与镀锌钢无坡口对接接头进行深熔填丝钎焊,对接头焊缝的成形、微观结构和显微组织,以及力学性能进行了分析。扫描电镜(sem)分析表明,在镀锌钢与钎焊缝界面存在一层薄金属间化合物,不同位置中间层的厚度不尽相同,平均厚度约为4.12μm;能谱(eds)和x射线衍射(xrd)分析表明生成的金属间化合物主要为τ5-al8fe2si,θ-al13fe4和ζ-al2fe。拉伸试验中试样断裂于铝合金母材的热影响区,抗拉强度可达162mpa,断裂接头发生明显的"缩颈"现象;断口分析表明,接头的断裂主要是韧窝断裂。

基于激光—mig复合热源焊接技术实现了5a02铝合金/镀锌钢异种金属板材的优质、高效熔—钎焊接,并对焊缝的成形、接头性能及微观结构作了分析。分析结果表明,该焊接技术可以实现5a02铝合金/镀锌钢的高速熔—钎焊接,最高焊接速度可达5m/min,焊接接头中镀锌钢母材未发生熔化,铝焊缝与镀锌钢母材为钎焊连接;焊接接头的抗拉强度可达153.1mpa,约为5a02铝合金母材抗拉强度的75.7%,接近于该铝合金熔化焊接头的强度;拉伸试验中试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区,接头的断裂主要是塑性断裂,但有脆性断裂的痕迹。对接头的组织和结构进行分析表明:焊缝钎接界面处生成了一薄层al-fe金属间化合物,化合物层的平均厚度约为1.51μm,生成的金属间化合物主要为fe3al、feal2、fe2al5、feal3,并且在这些化合物的周围会产生si元素的富集。

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金t型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头。试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接t型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使t型接头的拉伸剪切载荷与单独激光焊接相比得到显著提高。激光-电阻复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业应用范围。

随着海工装备和核电工业的发展,对不锈钢厚板的焊接要求越来越高。采用正交试验方法对6mm厚的ansi304不锈钢进行光纤激光拼焊,研究了工艺参数(包括激光功率、焊接速度和离焦量)变化对304不锈钢(0cr19ni9)焊接结果的影响,结合激光深熔焊原理对试验结果进行了理论分析,并对焊接试件进行了拉伸试验,检测了焊接试件的拉伸性能,获得了6mm厚ansi304不锈钢激光焊接的最佳工艺参数。

铝合金激光焊接难点及解决对策 一、概述 铝合金具有高比强度、高比模具和高疲劳强度以及良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，同 时还具有优良的成形工艺性和良好的抗腐蚀性。因此，广泛应用于各种焊接结构和产品中。 传统的铝合金焊接一般采用tig焊或mig焊工艺，但所面临的主要问题是焊接过程中较大 的热输入使铝合金变形大，焊接速度慢，生产效率低。由于焊接变形大，随后的矫正工作往 往浪费大量的时间，增加了制造成本，影响了生产效率和生产质量，而激光焊接具有功率密 度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在铝合金焊接领域受到格 外的重视。 铝合金激光焊接的主要难点在于： 1、铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的 吸收率低，“小孔”的诱导比较困难。 2、铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过程和扩散，使得焊接稳定性差。

铝合金激光焊接技术优化研究

概述了铝合金的焊接特性以及焊接过程中的难点,由于铝高反射、导热快的特点,激光焊接也不可避免地存在一般熔焊常遇到的焊缝气孔、焊接热裂纹等问题。鉴于铝合金自身特点,也使激光焊接工艺更加复杂,亟待改进和完善。提出了相关改进措施,通过表面处理、改善焊接接头、调整焊接波型参数等来改善铝合金焊接性能。

采用gsi的jk-200fl型连续光纤激光器实现了0.2mm厚304不锈钢片的对接焊。在氩气保护下,优化后工艺参数为激光功率90w,光斑直径0.2mm,焊接速度1200mm/min,获得成形良好、无缺陷的焊缝。采用金相显微镜可见焊缝组织由边缘细小的柱状晶和中心部位细小的等轴晶组成。经硬度测试和弯折测试,表明焊缝处的硬度和强度均达到甚至超过母材。

采用ipgyls-6000光纤激光器和slabdc035co2激光器,在近似相同的工艺条件下进行平板扫描焊接,通过olympus光学显微镜测量焊缝横截面积,并计算熔化效率。结果表明:两种激光器焊接的熔化效率均随焊接速度先增加后减小,但是光纤激光焊接熔化效率峰值所对应的焊接速度要远远高于co2激光焊接。进一步分析表明两种激光焊接熔化效率的差异与激光能量耦合的固有规律不同有关。因此,从焊接效率上考虑,光纤激光器更适合于高速焊接,而co2激光器更适合于低速焊接。

工艺试验的目的是寻求相对经济实用的铝合金激光焊接方法,为现代工业装配生产提供新的工艺思路,促进生产效率的提升和成本的降低。分析了铝合金激光焊接的工艺特性、技术难点和解决思路,记录利用300w激光对铝合金进行单光束焊接的有关参数和焊接效果,搭建双光束激光焊接试验平台,记录较高功率双光束和总量约500w激光分成双光束焊接试验过程及有关参数。进行了激光、氩弧混合焊接试验。对部分焊接样品进行了定量分析。经过分析研究,提出了铝合金激光焊接工艺改进意见。

研究了光纤激光入射角变化对车用高强钢(b340/590dp)对接焊焊接性能的影响。采用前期试验得出的激光垂直入射状态下的最优焊接参数,在该最优参数条件下,利用4kw光纤激光器进行了1.6mm厚的双相b340/590dp不同入射角条件下的对接焊试验。分析入射角变化对焊接件外观形貌、焊缝截面、力学性能和微观组织的影响。试验结果表明:激光入射角小于40°时焊缝外观形貌良好,组织细密均匀,能承受较大的拉剪载荷且拉剪试验均断裂在母材区;入射角大于40°时,焊缝背面形成单边焊。

铝合金的搅拌摩擦焊(fsw)通常在焊接区形成上高下低"浅漏斗状"的温度场,使焊缝厚度方向的组织性能差异较大.为了得到更好的焊接效果,文中提出超声搅拌复合焊思想,将超声波通过搅拌头导入焊缝纵深处,以改善焊缝组织性能.试验采用2.5mm厚的2219铝合金分别用上述两种方法进行焊接,并对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析比较.结果表明,两种方法焊接的2219铝合金均可得到成形美观内部无缺陷的焊缝,超声搅拌复合焊的焊缝力学性能明显要优于搅拌摩擦焊.

采用ipgylr-6000光纤激光器对宝钢生产的汽车用700mpa高强钢板进行了焊接试验,并对焊接样品的焊接区和母材进行显微组织分析,结果表明焊接区域经过激光快热快冷后形成均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸较母材细小。对焊接后样品进行力学性能测试,试样的断裂位置为母材,表明焊接对母材的力学性能的影响不大,可以使用光纤激光实现车用高强钢的高质量焊接。