光纖激光入射角對(duì)高強(qiáng)鋼對(duì)接焊焊接性能的影響

理論分析了纖芯錯(cuò)位對(duì)激光輸出功率及光束質(zhì)量的影響,研究表明,纖芯錯(cuò)位后纖芯中的各個(gè)模式均有一定的功率衰耗,且基?？倳?huì)向高階模耦合,導(dǎo)致光束質(zhì)量下降。采用20/400μm的雙包層摻鐿光纖,搭建了高功率全光纖激光振蕩系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了諧振腔外纖芯錯(cuò)位、諧振腔內(nèi)纖芯錯(cuò)位以及諧振腔內(nèi)和諧振腔外纖芯同時(shí)錯(cuò)位幾種不同的情況對(duì)輸出激光性能的影響,結(jié)果表明,諧振腔內(nèi)纖芯錯(cuò)位和諧振腔外纖芯錯(cuò)位都會(huì)造成激光器性能的下降,但諧振腔內(nèi)纖芯錯(cuò)位將導(dǎo)致激光器功率明顯下降,而諧振腔內(nèi)和諧振腔外同時(shí)錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致激光器光束質(zhì)量急劇下降。

為了進(jìn)一步解決深熔焊接小孔難以進(jìn)行觀測(cè)的問題,本文通過＂三明治＂的方法,從而針對(duì)10kw光纖激光深熔焊接小孔進(jìn)行了非常明顯的觀測(cè),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(dòng)的現(xiàn)象。對(duì)于小孔前沿壁上面的液體流動(dòng)的＂臺(tái)階＂以及伴隨著流動(dòng)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(gè)過程以及產(chǎn)生蒸汽爆發(fā)的現(xiàn)象。

針對(duì)銅和鋼的物理和化學(xué)性能的較大差異,通過理論分析認(rèn)為銅的熔化量對(duì)銅鋼異種材料焊接接頭的質(zhì)量有很大影響,同時(shí)考慮到銅列激光的高反射率,對(duì)此進(jìn)行了基于斜面對(duì)接和激光光束偏向鋼側(cè)的銅鋼激光對(duì)接焊研究,并以三種不同的工藝參數(shù)進(jìn)行了激光焊實(shí)驗(yàn)。焊接接頭的力學(xué)性能測(cè)試和焊縫顯微組織分析結(jié)果表明,銅鋼焊接的質(zhì)量主要取決于銅的熔化量。當(dāng)銅熔化較少時(shí),接合界面清晰,接頭無明顯缺陷并表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能;當(dāng)銅的熔化量較多時(shí),無明顯結(jié)合界面,接頭出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷,力學(xué)性能急劇下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)置激光束偏離量為0.8mm,可實(shí)現(xiàn)低銅鋼熔合比,從而獲得尢缺陷的銅鋼焊接接頭。

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(duì)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(duì)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.

纖芯錯(cuò)位對(duì)高功率光纖激光性能的影響_王巖山

采用連續(xù)激光焊接,焊接速度可以達(dá)到50～60mm/s,相對(duì)于脈沖激光焊接,生產(chǎn)效率上極具優(yōu)勢(shì)。采用波長(zhǎng)為1070nm的光纖激光對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)于負(fù)離焦,正離焦更容易得到更深的熔深,但焊縫寬度會(huì)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。

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(duì)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(cè)試和彎折測(cè)試,表明焊縫處的硬度和強(qiáng)度均達(dá)到甚至超過母材。

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(cè)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(duì)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。

采用大功率光纖激光器進(jìn)行不同板厚的不銹鋼的切割試驗(yàn),研究了光束入射角對(duì)切割質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,在切割槍不同的傾斜姿態(tài)、不同板厚下,光束入射角對(duì)切割質(zhì)量的影響也不同。

利用光纖激光對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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。

由于各種低合金高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分不同,性能差異很大,焊接性的差異也很大。焊接過程中,有較大的冷裂和熱裂傾向。(1)冷裂紋傾向。低合金高強(qiáng)鋼隨著強(qiáng)度等級(jí)的增高,焊接接頭冷裂紋傾向增大。冷裂紋又叫氫致裂紋或延遲裂紋,是指焊接接頭冷卻到較低溫度下(ms溫度以下)時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋。冷裂紋一般都產(chǎn)生在熱影響區(qū),有

低合金高強(qiáng)鋼的焊接性 低合金高強(qiáng)（hsla）鋼的焊接性主要包括兩個(gè)方面，其一是裂紋敏感性，其二是 焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能。在過去的40年，hsla鋼取得了顯著進(jìn)展，精煉技術(shù)、 微合金鋼技術(shù)、控軋控冷技術(shù)、形變熱處理（tmcp）等一些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使 得現(xiàn)代hsla鋼的焊接性大大改善，尤其是haz冷列裂紋敏感性大大降低，粗晶 區(qū)韌性大幅度提高，高效率、大線能量焊接工藝得以應(yīng)用。然而，新的問題也伴 隨著出現(xiàn)，如母材的低碳當(dāng)量高強(qiáng)度化使得冷裂紋從haz轉(zhuǎn)移到焊縫金屬中，多 層焊接頭中的局部脆性區(qū)問題等。本文將論述hsla鋼制造技術(shù)的進(jìn)步給焊接性 帶來的變化，以及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 1hsla鋼的技術(shù)進(jìn)步及其對(duì)焊接性的改善 過去40年，低成本、高性能是鋼鐵行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要發(fā)展方向，從焊接 性的角度來看，影響最大的是精煉技術(shù)和軋制技術(shù)。 1.1精煉技術(shù)的影響 焊接熱裂紋、液化

強(qiáng)度級(jí)別較低的低合金高強(qiáng)鋼，如300-400mpa級(jí)，由于鋼中合金元素含量較少，其焊接性良好，接近于低碳鋼。隨著鋼中合金元素的增加，強(qiáng)度級(jí)別提高，鋼的焊接性也逐漸變差，出現(xiàn)的主要問題有：

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(duì)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。

采用15kw高功率激光復(fù)合焊接船用低合金高強(qiáng)鋼t型接頭構(gòu)件。測(cè)定了接頭截面的顯微硬度,通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡分析了焊縫微觀組織。結(jié)果表明:焊接接頭沒有氣孔、裂紋等缺陷;焊縫和熱影響區(qū)顯微硬度均高于母材,焊縫顯微硬度最高為290hv;焊縫組織主要為細(xì)條狀的粒狀貝氏體和少量的m-a組元。貝氏體鐵素體為細(xì)條狀的鐵素體,晶粒細(xì)小,晶界密度高。cu、ti等微合金元素形成的碳化物沉淀強(qiáng)化相分布于貝氏體鐵素體內(nèi)。細(xì)條狀的粒狀貝氏體組織的晶粒細(xì)化及其微合金碳化物(cu,ti)xcy的沉淀強(qiáng)化使得焊縫強(qiáng)度高于母材。

采用對(duì)接焊方法,對(duì)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(shí)的接頭拉伸性能差異,并獲得了焊接熱輸入對(duì)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(shì),當(dāng)焊接熱輸入為40j/mm,焊縫背寬比約0.8時(shí),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(zhǎng)率為14.32%。

采用光纖激光焊接az91d鎂合金,借助金相顯微鏡、x射線衍射儀、掃描電鏡、透射電鏡分別對(duì)焊接接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)、相組成、斷口形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明:光纖激光焊接az91d鎂合金,能夠得到無明顯缺陷的焊接接頭,焊縫組織為細(xì)小的柱狀晶組織,接頭熱影響區(qū)小。焊縫組織由過飽和α-mg固溶體和al2mg相組成,焊縫金屬冷卻速度較快,沒有β-mg17al12脆性相析出。α-mg晶內(nèi)和晶界上有少量al2mg析出物,且存在大量位錯(cuò)線和位錯(cuò)胞。斷口特征為韌脆混合斷裂形式,有微小裂紋存在。

主要介紹了運(yùn)用光纖激光器對(duì)0.1mm厚度的不銹鋼金屬片進(jìn)行激光拼焊的實(shí)驗(yàn),分析了實(shí)驗(yàn)中激光功率、激光脈寬、焊接速度、激光頻率對(duì)形成的熔池和焊接效果的影響,總結(jié)了激光薄片焊接的基本要素。

以銅-康銅微細(xì)熱電偶測(cè)量端的激光焊接過程為例,介紹了微細(xì)熱電偶的激光制造方法,利用光纖激光光束質(zhì)量好、功率密度高的特點(diǎn),對(duì)銅-康銅微細(xì)熱電偶絲進(jìn)行了光纖激光微細(xì)焊接實(shí)驗(yàn)。通過測(cè)量證明利用激光焊接制造的熱電偶性能可靠,并指出利用光纖激光微加工技術(shù)可制造出各種不同種類、不同尺寸的微細(xì)熱電偶,且加工便捷、高效,該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

激光焊接由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。不同厚度的焊件有相應(yīng)不同的激光焊接工藝參數(shù)窗口。為了方便實(shí)際生產(chǎn)中激光焊接參數(shù)的設(shè)定,對(duì)不同厚度汽車用高強(qiáng)鋼激光焊接的臨界速度進(jìn)行了研究。對(duì)于不同厚度的三種汽車用高強(qiáng)鋼,在不同激光功率條件下,通過對(duì)相應(yīng)焊接速度的變化,找出相應(yīng)功率下的焊接過熔透和未熔透的速度臨界點(diǎn),確定厚度和激光功率對(duì)焊接速度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于相近厚度的b450lad鋼和dp600鋼,其焊接臨界速度狀況相同;板厚增加,焊接最大和最小臨界速度均下降。對(duì)不同功率下焊接過熔透和未熔透臨界點(diǎn)的線形擬合,得到了不同厚度鋼板的激光焊接適用參數(shù)區(qū)域,為實(shí)際激光焊接參數(shù)設(shè)定提供了參考。

鋼軌閃光對(duì)接焊機(jī)是一種用閃光焊工藝來焊接鋼軌的專門設(shè)備,主要由主機(jī)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和焊接管理系統(tǒng)等部分組成。焊機(jī)在焊接程序的控制下按設(shè)定的工藝自動(dòng)焊接鋼軌,保證焊接接頭符合tb／t1632．1-2005和tb／t1632．2-2005這兩項(xiàng)鐵標(biāo)。

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(duì)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(dòng)機(jī)制與邊界層厚度有關(guān)。