光纖激光MIG復(fù)合焊接中厚板鋁合金組織特征

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(yàn)結(jié)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(qiáng)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(xiàn)先上升再下降的趨勢,當(dāng)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(qiáng)度為1133.72mpa,斷后伸長率為14.32%。

為了進(jìn)一步解決深熔焊接小孔難以進(jìn)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(jìn)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(nèi)部以及孔壁出現(xiàn)液體流動的現(xiàn)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(xué)和蒸汽現(xiàn)象進(jìn)行同步觀察之后,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了金屬微滴脫離小孔壁的整個過程以及產(chǎn)生蒸汽爆發(fā)的現(xiàn)象。

采用連續(xù)激光焊接,焊接速度可以達(dá)到50～60mm/s,相對于脈沖激光焊接,生產(chǎn)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(jìn)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(shù)對焊縫質(zhì)量的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明,焊接功率的增加會逐步增加焊縫的熔深和熔寬,當(dāng)焊接功率達(dá)到160w時,焊縫在下層板的熔深陡然增大,出現(xiàn)了不銹鋼超薄板的激光深熔焊;此外,相對于負(fù)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(chǎn)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(jìn)行了激光熱導(dǎo)熔化焊接,利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射儀和顯微硬度計(jì)分析了接頭的組織結(jié)構(gòu)及顯微硬度分布。結(jié)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(xì)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(yán)重的長大現(xiàn)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(xiàn)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(jìn)行了激光焊接試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)、金屬間化合物成分以及拉伸斷裂試樣的斷口進(jìn)行了觀察測試。結(jié)果表明,選擇適當(dāng)?shù)暮附铀俣?控制熔深在合適范圍內(nèi)時,可獲得較高強(qiáng)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(qiáng)度,接頭最大拉剪強(qiáng)度可達(dá)155n/mm,約為鋁合金母材抗拉強(qiáng)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(shù)對焊縫成形的影響規(guī)律及機(jī)理。結(jié)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(yàn)中出現(xiàn)了熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種焊接模式。在一定參數(shù)范圍內(nèi)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(xì)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(qiáng)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(shù)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(xué)性能。研究結(jié)果表明,結(jié)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(shù)下接頭成形良好,無焊接裂紋,焊接接頭的平均抗拉強(qiáng)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(xì)晶區(qū)等軸晶數(shù)量較多且柱狀晶明顯細(xì)化,這與熔池流動機(jī)制與邊界層厚度有關(guān)。

通過系列試驗(yàn)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(shè)計(jì)圖紙要求。

為提高車身常用鍍鋅板的焊接質(zhì)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(jìn)行了焊接試驗(yàn),分析了焊接速度,焊接氣體和搭接間隙對焊接質(zhì)量和焊接效率的影響.結(jié)果表明:焊接速度隨著功率的增大而加快,,焊接間隙應(yīng)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(jìn)行深熔填絲釬焊,對接頭焊縫的成形、微觀結(jié)構(gòu)和顯微組織,以及力學(xué)性能進(jìn)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(yàn)中試樣斷裂于鋁合金母材的熱影響區(qū),抗拉強(qiáng)度可達(dá)162mpa,斷裂接頭發(fā)生明顯的"縮頸"現(xiàn)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(fù)合熱源焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了5a02鋁合金/鍍鋅鋼異種金屬板材的優(yōu)質(zhì)、高效熔—釬焊接,并對焊縫的成形、接頭性能及微觀結(jié)構(gòu)作了分析。分析結(jié)果表明,該焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)5a02鋁合金/鍍鋅鋼的高速熔—釬焊接,最高焊接速度可達(dá)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(qiáng)度可達(dá)153.1mpa,約為5a02鋁合金母材抗拉強(qiáng)度的75.7%,接近于該鋁合金熔化焊接頭的強(qiáng)度;拉伸試驗(yàn)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(chǎn)生si元素的富集。

采用激光-電阻復(fù)合焊接方法進(jìn)行鋁合金t型接頭焊接工藝試驗(yàn),對激光-電阻復(fù)合焊接過程中的主要焊接工藝參數(shù):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(jìn)行分析,并優(yōu)化工藝參數(shù)以獲得良好的焊縫成形和優(yōu)質(zhì)焊接接頭。試驗(yàn)結(jié)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(shù)條件下,激光-電阻復(fù)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(dú)激光焊接相比得到顯著提高。激光-電阻復(fù)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(yīng)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(yàn)方法對6mm厚的ansi304不銹鋼進(jìn)行光纖激光拼焊,研究了工藝參數(shù)(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(jié)果的影響,結(jié)合激光深熔焊原理對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論分析,并對焊接試件進(jìn)行了拉伸試驗(yàn),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(shù)。

鋁合金激光焊接難點(diǎn)及解決對策 一、概述 鋁合金具有高比強(qiáng)度、高比模具和高疲勞強(qiáng)度以及良好的斷裂韌性和較低的裂紋擴(kuò)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(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)和產(chǎn)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(chǎn)效率低。由于焊接變形大，隨后的矯正工作往 往浪費(fèi)大量的時間，增加了制造成本，影響了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)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(diǎn)，使其在鋁合金焊接領(lǐng)域受到格 外的重視。 鋁合金激光焊接的主要難點(diǎn)在于： 1、鋁合金對激光束的高初始反射率及其本身的高導(dǎo)熱性，使鋁合金在未熔化前對激光的 吸收率低，“小孔”的誘導(dǎo)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(kuò)散，使得焊接穩(wěn)定性差。

鋁合金激光焊接技術(shù)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(diǎn),由于鋁高反射、導(dǎo)熱快的特點(diǎn),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(diǎn),也使激光焊接工藝更加復(fù)雜,亟待改進(jìn)和完善。提出了相關(guān)改進(jìn)措施,通過表面處理、改善焊接接頭、調(diào)整焊接波型參數(shù)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(shí)現(xiàn)了0.2mm厚304不銹鋼片的對接焊。在氬氣保護(hù)下,優(yōu)化后工藝參數(shù)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(xì)小的柱狀晶和中心部位細(xì)小的等軸晶組成。經(jīng)硬度測試和彎折測試,表明焊縫處的硬度和強(qiáng)度均達(dá)到甚至超過母材。

工藝試驗(yàn)的目的是尋求相對經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鋁合金激光焊接方法,為現(xiàn)代工業(yè)裝配生產(chǎn)提供新的工藝思路,促進(jìn)生產(chǎn)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(shù)難點(diǎn)和解決思路,記錄利用300w激光對鋁合金進(jìn)行單光束焊接的有關(guān)參數(shù)和焊接效果,搭建雙光束激光焊接試驗(yàn)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(yàn)過程及有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行了激光、氬弧混合焊接試驗(yàn)。對部分焊接樣品進(jìn)行了定量分析。經(jīng)過分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進(jìn)意見。

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(fù)合焊思想,將超聲波通過攪拌頭導(dǎo)入焊縫縱深處,以改善焊縫組織性能.試驗(yàn)采用2.5mm厚的2219鋁合金分別用上述兩種方法進(jìn)行焊接,并對焊縫的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行了分析比較.結(jié)果表明,兩種方法焊接的2219鋁合金均可得到成形美觀內(nèi)部無缺陷的焊縫,超聲攪拌復(fù)合焊的焊縫力學(xué)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(jī)構(gòu)新近開發(fā)成功一項(xiàng)激光焊接金屬夾層復(fù)合板的新技術(shù)。因?yàn)橄冗M(jìn)的海軍船只必須減輕重量、改善戰(zhàn)斗效力和機(jī)動性。在制造和加工技未上的進(jìn)步，使得激光焊接金屬夾層復(fù)合板在海軍船只上更加適用和經(jīng)濟(jì)可行。其設(shè)計(jì)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(fù)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(yàn),分析焊接接頭的組織和力學(xué)性能,總結(jié)出兩種焊接方法的最佳工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)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(xì)小均勻、接頭力學(xué)性能良好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),適用于鋁合金車體批量焊接生產(chǎn)。

隨著汽車輕量化越來越得到重視,鋼-鋁合金異種金屬焊接結(jié)構(gòu)成為研究的重點(diǎn)。采用yag連續(xù)(cw)和脈沖(pw)兩種激光設(shè)備,對連續(xù)-脈沖雙激光束復(fù)合熱源焊接工藝進(jìn)行了研究,并借助掃描電鏡(sem)、電子探針微區(qū)分析(epma)、顯微硬度計(jì)、拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對焊縫進(jìn)行了分析與測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,連續(xù)激光匹配適當(dāng)?shù)拿}沖激光進(jìn)行雙激光焊接,可以有效地減少或避免氣孔的產(chǎn)生,同時可以使用低功率的連續(xù)激光實(shí)現(xiàn)較深的焊接,擴(kuò)大低功率激光設(shè)備使用范圍。雙激光束焊接過程中,由于脈沖激光的作用,焊縫中的fe穿入al中,在焊縫底部fe-al交界處形成了鉤狀的不規(guī)則結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生可以增強(qiáng)fe,al兩種材料的連接強(qiáng)度。在焊縫底部fe-al交界處形成了高硬度、高脆性的fe-al金屬間化合物。鋼-鋁合金雙激光搭接焊焊縫剪切強(qiáng)度為128mpa,剪切斷裂斷口呈現(xiàn)為準(zhǔn)解理型斷裂形貌。