光纖激光焊接AZ91D鎂合金接頭微觀組織特征

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(shí),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。

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.

為研究nz30k稀土鎂合金和az31鎂合金的異種材料激光焊接,對采用co2激光焊成的az31與nz30k異種對接焊接頭組織和性能進(jìn)行了分析。在激光功率為4～5kw,焊接速度為4m/min時(shí)獲得了成形良好的異種鎂合金焊接接頭。對獲得的焊接接頭進(jìn)行了接頭組織分析、焊縫區(qū)合金元素分布及析出相的分析及接頭硬度和拉伸性能的測量。金相觀察發(fā)現(xiàn),異種鎂合金激光焊縫是兩種母材的熔合,在宏觀上兩種母材成分未完全混合在一起,且相應(yīng)成分的組織區(qū)域呈波浪狀夾雜態(tài)。x射線衍射(xrd)檢測顯示焊縫中存在α-mg、mg17al12及mg12nd等相組織。掃描電鏡(sem)觀察進(jìn)一步顯示了焊縫區(qū)存在著不同化學(xué)成分區(qū)域,焊縫晶粒顯著細(xì)化。接頭元素分布情況表明焊縫合金元素的分布由一側(cè)熔合線至另一側(cè)熔合線存在明顯的濃度梯度。焊縫硬度不低于母材硬度;接頭抗拉強(qiáng)度為169mpa,低于兩種母材的抗拉強(qiáng)度。

采用ipgyls-6000光纖激光器和slabdc035co2激光器,在近似相同的工藝條件下進(jìn)行平板掃描焊接,通過olympus光學(xué)顯微鏡測量焊縫橫截面積,并計(jì)算熔化效率。結(jié)果表明:兩種激光器焊接的熔化效率均隨焊接速度先增加后減小,但是光纖激光焊接熔化效率峰值所對應(yīng)的焊接速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于co2激光焊接。進(jìn)一步分析表明兩種激光焊接熔化效率的差異與激光能量耦合的固有規(guī)律不同有關(guān)。因此,從焊接效率上考慮,光纖激光器更適合于高速焊接,而co2激光器更適合于低速焊接。

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。

為了研究az31鎂合金的焊接性,對az31鎂合金板進(jìn)行交流鎢極氬弧(tig)焊.試驗(yàn)采用x-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、光學(xué)金相顯微鏡對試樣的焊縫顯微組織進(jìn)行分析,并對不同焊接電流下的試樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度和硬度測試.研究發(fā)現(xiàn):隨焊接電流的增加,焊縫成形變差,晶粒逐漸粗化,同時(shí)易產(chǎn)生氣孔和裂紋等缺陷,使接頭性能降低;焊縫區(qū)由基體α-mg和附集于晶界的β-al12mg17兩相組成.結(jié)果表明:焊接電流對az31鎂合金接頭的熔池形狀及焊接質(zhì)量有顯著的影響.

介紹了用超塑擠壓與超塑焊接復(fù)合成形法生產(chǎn)鎂合金管材的技術(shù)原理,對鎂合金管材擠壓成形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并通過實(shí)驗(yàn)確定了用這種方法生產(chǎn)擠壓比為12.5的az91d鎂合金管的生產(chǎn)工藝。主要工藝參數(shù)為:鎂棒預(yù)熱溫度為350～400℃,模具預(yù)熱溫度為300～350℃,壓頭平均擠壓速度為0.5mm/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在這種工藝條件下,擠出的管子表面質(zhì)量好,無氣泡、橫裂紋等缺陷。用超塑擠壓與超塑焊接復(fù)合成形管材可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓,在不改變毛坯尺寸的情況下得到所需長度的管材,而且模具及其內(nèi)殘余鎂合金重復(fù)加熱可保證模具多次使用,不用清洗。

研究了超塑性變形過程中tc4鈦合金激光焊接接頭各區(qū)域顯微組織演變規(guī)律,并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行表征。結(jié)果表明,隨著超塑性變形的進(jìn)行,接頭內(nèi)針狀馬氏體組織發(fā)生α′→α+β相變,同時(shí)針狀組織長大為片層,接頭各區(qū)域顯微組織逐漸均勻化,促進(jìn)超塑性變形的進(jìn)行;隨著變形的進(jìn)行,等軸化率逐漸升高;隨著變形溫度的升高或初始應(yīng)變速率的降低等軸化率逐漸上升,促進(jìn)焊縫超塑性變形的進(jìn)行。提出采用平均晶粒尺寸來表征熱影響區(qū)組織的轉(zhuǎn)變程度。隨著變形的進(jìn)行,平均晶粒尺寸逐漸增大,隨變形溫度的升高或初始應(yīng)變速率的降低平均晶粒尺寸減小,這有利于接頭組織的均勻化。

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(shí)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(shí)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。

采用功率為4kw的nd:yag激光器,對6mm厚clam鋼板采用不同的焊接參數(shù)進(jìn)行了激光焊接試驗(yàn),焊后對部分試樣進(jìn)行回火處理.分別對焊后和回火試樣的硬度和微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試和觀察.結(jié)果表明,回火處理前焊接接頭金相組織主要為粗大的板條馬氏體,隨著焊接速度的提高,焊縫硬度有所提高;回火處理后焊接接頭金相組織為板條特征明顯的回火馬氏體,使用掃描電鏡對回火后焊接接頭進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)在原奧氏體晶界和馬氏體板條上有碳化物析出,導(dǎo)致焊縫區(qū)的硬度相對母材略有提高,焊接熱影響區(qū)未出現(xiàn)軟化現(xiàn)象.

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。

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ipgylr-6000光纖激光器對寶鋼生產(chǎn)的汽車用700mpa高強(qiáng)鋼板進(jìn)行了焊接試驗(yàn),并對焊接樣品的焊接區(qū)和母材進(jìn)行顯微組織分析,結(jié)果表明焊接區(qū)域經(jīng)過激光快熱快冷后形成均勻細(xì)小的等軸晶,平均晶粒尺寸較母材細(xì)小。對焊接后樣品進(jìn)行力學(xué)性能測試,試樣的斷裂位置為母材,表明焊接對母材的力學(xué)性能的影響不大,可以使用光纖激光實(shí)現(xiàn)車用高強(qiáng)鋼的高質(zhì)量焊接。

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研究了光纖激光-mig復(fù)合焊接中厚板鋁合金的焊縫組織。結(jié)果表明,光纖激光-mig復(fù)合焊接可一次焊透8mm厚鑄造鋁合金zl114,焊縫中沒有大的工藝氣孔,也無熱裂紋,但出現(xiàn)較多的冶金氣孔。焊縫主要由α(al)和al-si共晶組成,焊縫上部、中部和下部組織變化不明顯,焊縫沒有分層現(xiàn)象。焊縫較熱影響區(qū)和母材組織細(xì)密,焊縫和熱影響區(qū)的共晶組織類似,但焊縫和母材共晶組織明顯不同,體現(xiàn)在共晶形態(tài)和si含量的不同,但母材的共晶組織在一定的熱循環(huán)條件下,可以轉(zhuǎn)變?yōu)榕c焊縫類似的共晶組織,伴隨的是枝晶數(shù)量的減少,枝晶在母材和焊縫中都占絕大部分。

對活性化焊接(a-tig)方法在鎂合金焊接中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的探討。選取tio2作為活性劑,研究了單一活性劑tio2對鎂合金焊接后微觀組織的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,涂敷單一活性劑tio2可以使焊縫熔深比常規(guī)的tig焊增加2倍。與未涂敷活性劑的焊縫相比,涂敷tio2活性劑可以增大焊接的熔深,減小熔寬。

通過對tc4板材進(jìn)行兩種t型接頭的激光焊接試驗(yàn),分析了酸洗、焊接環(huán)境及焊后修復(fù)對鈦合金激光焊接接頭質(zhì)量的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鈦合金激光焊具有較強(qiáng)的氣孔傾向,酸洗及焊后重熔并未明顯改善接頭氣孔的情況,但氣孔數(shù)量對濕度的變化較為敏感。不同焊接試驗(yàn)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明,雖然接頭存在大量氣孔,但只有位于上下兩側(cè)板材的貼合面處的這一小部分氣孔才會造成受力面積的減小,因此接頭整體仍具有較高的抗剪力。

激光焊接裝置的設(shè)計(jì)

針對az31鎂合金材料,研究了在a-tig焊中單一成分的活性劑對焊縫成形的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,與無活性劑的焊縫相比,活性劑tio2、sio2、cr2o3、cdcl2和cacl2能夠有效地增加鎂合金焊縫的熔深和深寬比。鎂合金涂敷活性劑cdcl2后焊縫接頭的微觀組織與未涂敷時(shí)焊縫接頭的微觀組織沒有明顯區(qū)別,只是前者熱影響區(qū)稍寬。未涂敷活性劑和涂敷cdcl2的試樣硬度值分布相差不大。在az31鎂合金的焊接中,活性劑cdcl2的作用效果最好。

利用ｘ射線衍射分析和掃描電鏡，研究了金剛石鋸片激光焊接接頭的成分和組織，并測試了接頭的力學(xué)性能。試驗(yàn)表明，刀頭材料對焊接質(zhì)量有重要影響，焊縫的成分和組織是不均勻的，光束偏移量對焊縫成分和組織有很大影響