有關高能束技術的文獻

GTAW熔池三維表面激光點陣反射特征的仿真與優化/李春凱, 等. 焊接學報, 2017, 38(09): 43-46.

熔池表面三維測量對實現GTAW熔透控制及深入理解電弧、熔池耦合作用具有重要意義.基于激光視覺提出了一種熔池表面測量方法.在熔池表面測量時激光光路參數變化對反射點陣圖像有較大影響.為了研究激光入射角、激光器到熔池距離、成像屏到鎢極距離對傳感質量的影響規律,建立了熔池表面標準模型、入射線、反射線、成像屏方程,并采用光學反射定律逆向仿真了反射點陣的變化規律,并通過工藝試驗對仿真結果進行了驗證.結果表明,θ,D,L的最佳調節范圍為28°～32°,45～55 mm,50～60 mm;仿真結果與試驗結果吻合良好.

高能電子束活性區空間能量密度測量系統/沈春龍, 等. 焊接學報, 2017, 38(10): 16-20.

在分析電子束流高能特點基礎上研究束流信號檢測和測量方法,提出小角度電子束磁控偏轉掃描采集方案,在高溫難熔鎢板上設計直徑25 μm的小孔傳感器,建立信號檢測裝置和控制流程,共享60 MHz時鐘保證掃描與采集同步,將透過小孔的電子強度轉換成電壓信號,經高頻A/D采樣和量化后高速傳輸到內存,對電子束單層截面信號可視化重構后依能量等級進行劃分和能量密度分布計算,通過不同高度的多層數據重構活性區體模型,分割空間能量等值面形成序列能量曲面,標定能量峰值90%的空間區域為活性區焦斑.文中的軟硬件系統能夠有效應用于電子束品質評價.

6005A鋁合金激光-TIG復合熱源填絲焊接技術/楊大偉, 等. 焊接學報, 2017, 38(10): 51-54.

采用激光-TIG復合熱源填絲焊接新方法焊接高速列車用6005A鋁合金,對復合焊接工藝、接頭微觀組織、力學性能、斷口形貌及焊接熱裂紋進行了研究.結果表明,激光功率為2 000～3 000 W、TIG電流為150～195 A、焊接速度為0.4～0.8 m/min時焊接過程比較穩定,熔合比合適,可以獲得優良的焊縫成形.焊縫區由焊縫邊緣的柱狀晶和焊縫中心的等軸晶組成.熔合比γ控制在0.54～0.7范圍內時,接頭的平均抗拉強度約為193.39 MPa;接頭抗拉強度隨熔合比的增大而增大,并且γ=0.7時,抗拉強度最大,約為205 MPa,占母材強度的70%.

殘余應力對薄板激光搭接接頭力學性能的影響/梁行, 等. 焊接學報, 2017, 38(10): 112-116.

針對不銹鋼薄板熔透和非熔透型激光搭接焊,以80和10 mm作為考慮和不考慮殘余應力影響的試樣寬度,對兩種寬度試樣進行一系列的拉伸和疲勞試驗,獲得了焊接殘余應力對薄板搭接接頭力學性能的影響規律,進行了有關機理分析.結果表明,搭接焊縫正、背面存有較大的縱向殘余拉應力和較小的橫向殘余壓應力;殘余應力的存在會降低搭接焊接頭的拉剪強度和疲勞強度.改變激光入射角和搭接間隙,殘余應力對拉剪強度的降低程度隨之改變:增大入射角至20°,熔透型接頭降低程度達到0°時的7倍,而非熔透型為10倍;搭接間隙在一定范圍內增大時,殘余應力對拉剪強度的降低程度也隨之加劇.

基于ROI區域特征模具激光修復熔池填絲熔入狀態識別技術/劉立君, 等. 焊接學報, 2017, 38(11): 7-10, 26.

文中針對小功率激光熱導焊熔池填絲熔入狀態圖像識別問題,對激光修復填絲熔入熔池狀態進行分析,提取填絲熔入熔池非穩態ROI區域圓度和灰度分布特征,與填絲熔入熔池穩定狀態特征進行比較,提出將ROI區域圓度和灰度分布特征作為判斷焊縫填絲熔入熔池狀態的重要判據.利用雙視覺熱絲小功率激光模具修復試驗平臺,將提取的裂紋特征信息導入UG NX系統生成數控代碼控制激光加工,根據填絲熔入熔池ROI區域特征信息對模具修復加工進行參數控制.結果表明,利用該技術能實現模具修復過程有效監控,提高修復模具修復效率和質量.

基于激光熔覆的再制造零件可視化損傷修復區域規劃/黃勇, 等. 焊接學報, 2017, 38(11): 51-56.

提取再制造零件損傷邊界并在此基礎上規劃修復區域是再制造工程中的前處理環節.提出了一種損傷邊界識別及關鍵尺寸提取方法,試驗證明相對誤差不超過2.3%.應用鐵基材料對不同坡口角度和修復區域形狀的35鋼樣件進行了激光熔覆再制造試驗.研究了坡口角度和修復區域形狀對再制造零件結合強度的影響.結果表明,坡口角度對結合強度影響較大,0°,15°坡口樣件的抗拉強度小于基體材料,斷口分析顯示沒有形成良好冶金結合.25°,35°,45°坡口樣件的抗拉強度大于基體材料.25°坡口的橢圓、菱形樣件的抗拉強度小于基體材料.再制造后,零件材料的斷后伸長率變小,塑性降低.

時效對7A52鋁合金激光焊接頭組織性能的影響/陳超, 等. 焊接學報, 2017, 38(11): 66-70.

通過硬度試驗、拉伸試驗、光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和EDS分析等手段,研究了6 mm厚7A52鋁合金光纖激光焊接頭時效前后的組織及性能.結果表明,7A52鋁合金光纖激光焊接頭的焊縫中心為粗大的等軸晶,熱影響區相變再結晶區域存在著細小的等軸晶,熱影響區的晶粒相對母材發生明顯的長大,焊縫合金強化相主要是T’(Al2Mg3Zn3),焊態接頭的抗拉強度為304.6 MPa;當時效工藝為一級時效溫度120 ℃、一級時效時間12 h、二級時效溫度160 ℃、二級時效時間14 h時,焊接接頭能夠獲得相對更好地顯微硬度分布,經此時效工藝處理后的焊接接頭抗拉強度為326.2 MPa.

小功率激光熱導焊接速度規劃策略/吳波, 等. 焊接學報, 2017, 38(11): 82-86.

在激光焊接工藝中,速度大小的變化會導致焊縫不均勻,文中提出了一種可行性強的速度規劃策略.對于焊接啟動和停止過程中的速度變化,采用增加預加減速的空走路徑使得速度變化的過程在非焊接路徑中完成以保證焊接路徑速度的恒定性,并采用S形速度規劃曲線,以降低對焊接平臺的柔性沖擊.對于相鄰段折角處速度的變化,采用增加圓弧迂回的空走路徑的策略,使得速度方向的改變在增加的閉合路徑上完成,以保證焊接段的速度大小的恒定,提升焊縫的均勻性.文中所提出的速度規劃策略在四軸激光焊接平臺的研發中得到了實際應用.

激光焊接工藝參數對5A90紅外溫度場特征的影響/段愛琴, 等. 焊接學報, 2017, 38(11): 97-102.

文中基于紅外熱像測量技術,對不同焊接速度、激光功率時,光纖激光焊接5A90鋁鋰合金過程的溫度場進行了測量和分析.小孔部位存在一個高溫區域,中心溫度值在1 400～1 800 ℃之間周期性波動,其面積隨焊接速度的增加而減小;小孔前端溫度上升梯度可達到3 000 ℃/mm,后端溫度下降梯度可達到-2 400 ℃/mm,且隨焊接速度的降低有減小趨勢,熔化區域長度隨焊接速度的增加而快速減小.針對不同的焊接工藝參數,溫度場的穩定性差異較大,基本規律為隨焊接速度的增加趨同性增加.小孔中心的溫度明顯隨激光功率的增加而增加,當激光功率增加到4 kW時,很多溫度點值超過1 800 ℃.

激光加工用充氬艙氣體流動行為模擬與優化/蔡創, 等. 焊接學報, 2017, 38(11): 108-112.

在密封的充氬艙中進行化學性質活潑的金屬的激光加工,可以有效避免焊縫的吸氫、吸氧和吸氮,保證焊縫的質量.但是為了有效排出激光加工過程中的熱量和煙塵,需要對艙室的氣流行為進行優化.文中分析了不同空氣刀數目、空氣刀角度及氬氣流量對充氬艙內氣體流動行為的影響.結果表明,需設計固定和可旋轉兩把空氣刀改善充氬艙氣流行為,使一部分射流氣附著于工件表面上流動,并防止出氣口外部氣體回流.當可旋轉空氣刀角度為30°～45°,進氣流量為60～120 L/min時,可獲得最優的氣體流動形態保證焊接過程中煙塵和熱量的有效排出.

Ti60鈦合金/GH3128高溫合金電子束焊接頭脆裂原因分析/王廷, 等. 焊接學報, 2017, 38(12): 19-22.

對Ti60鈦合金和GH3128高溫合金進行了電子束焊接,對接頭顯微組織、相成分和顯微硬度進行分析.結果表明,Ti60和GH3128電子束焊接性較差,在焊后產生裂紋.焊縫內生成TiNi,Ti2Ni,TiCr2和TiNi3等脆性化合物,使得接頭脆性增大.焊縫區的硬度高于母材,鈦側焊縫區硬度值水平略高于鎳側焊縫區.接頭殘余應力數值分析表面接頭存在較大的橫向殘余拉應力,應力峰值達到704 MPa,使得鈦/鎳電子束焊接頭在焊后隨即開裂.

D406A超高強度鋼激光-TIG復合填絲焊接氣孔特性分析/楊雨禾, 等. 焊接學報, 2017, 38(12): 114-118.

采用激光-TIG電弧復合填絲焊接6.6 mm厚的D406A超高強度鋼,發現焊縫內部存在一定量氣孔缺陷.利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線探傷等方法進一步分析了焊縫內氣孔形貌、分布特征及其形成機制,發現氣孔內壁出現大量的C,O元素富集現象,根據線掃描分析與理論計算相結合,推測焊縫中氣孔類型主要為CO氣孔.在此基礎上,進一步探討了焊接工藝參數對氣孔率的影響規律,通過適當增大激光功率、減小送絲速度、增大保護氣流量和提高焊接速度可以有效減少氣孔,使氣孔率降低到1%以下,為抑制D406A超高強鋼激光-TIG電弧復合填絲焊接接頭氣孔提供理論基礎.

基于試驗設計與統計分析的雙相鋼激光焊工藝優化/趙大偉, 等. 焊接學報, 2018, 39(1): 65-69.

為了優化激光焊接接頭力學性能,利用試驗設計方法對厚度為1.7 mm的DP600雙相鋼進行對接焊接試驗,采用回歸分析得到了激光焊接功率、焊接速度、離焦量、側吹保護氣體流量與接頭抗拉強度之間的數學模型.分析了焊接速度與側吹氣流量對焊縫抗拉強度的交互影響作用.通過遺傳算法優化該模型并得到了最優的焊接工藝參數組合,當焊接功率為1.7 kW,焊接速度為25 mm/s,側吹氣流量為2.4 m3/h,離焦量為-1 mm時焊縫的抗拉強度最大.驗證試驗所測的焊縫抗拉強度值與模型預測值的相對誤差在5%以內.結果表明,文中研究可以有效的預測與優化厚度為1.7 mm的雙相鋼激光焊接質量.

自然時效對A7N01鋁合金光纖激光-變極性TIG復合焊接頭組織和性能的影響/喬俊楠, 等. 焊接學報, 2018, 39(1): 70-74.

對4 mm厚的A7N01鋁合金光纖激光-變極性TIG復合焊接頭進行自然時效,通過金相顯微試驗、力學性能測試、差熱分析、透射電鏡分析等方法研究了自然時效對復合焊接頭顯微組織、力學性能的影響規律.結果表明,自然時效30天后,焊接接頭力學性能明顯提高并達到穩定,接頭抗拉強度較焊態時提高了約15%,均值達到369 MPa,為母材的83%,其斷后伸長率從焊態3.1%提高到4.4%.去除余高后,抗拉強度進一步提高到394 MPa,達到母材94%斷后伸長率提高到7.6%.斷裂位置均在焊縫處,斷口為韌窩狀,為典型的韌性斷裂.自然時效后,焊縫顯微組織沒有發生明顯改變,但焊縫中的析出相數量和尺寸比焊態時增多,焊縫中主要析出相主要為GP區及部分亞穩態η’相和η穩定相.這些析出相能夠釘扎位錯,提高焊接接頭強度.

連續焊接P-GTAW熔池振蕩頻率激光光電轉換實時檢測系統/李春凱, 等. 焊接學報, 2018, 39(1): 75-78, 88.

鎢極氬弧焊(GTAW)熔池振蕩頻率與熔池體積具有直接物理對應關系,但振蕩頻率檢測十分困難.為此,提出了一種基于光電轉換原理的激光光電轉換法用于連續脈沖鎢極氬弧焊(P-GTAW)熔池振蕩頻率的實時檢測并搭建了試驗平臺.采集了激光光電轉換法熔池振蕩電壓信號和圖像激光視覺法的激光條紋視頻,并對比分析了兩種方法的優缺點.結果表明,圖像激光視覺法具有較強抗干擾能力、信噪比高,但算法復雜,很難用于實時檢測;激光光電轉換法具有高采樣率、處理速度快、設備簡單、信噪比高等特點,能夠滿足對熔池振蕩信號的實時檢測及后續熔透控制.

電流/電壓匹配對鋁合金激光-電弧復合焊接過程穩定性的影響/張亞亮, 等. 焊接學報, 2018, 39(1): 79-83.

文中借助HANNOVER電弧分析儀和高速攝像機等設備,對不同電弧電壓和焊接電流焊接過程進行實時監測,分析不同電參數對焊縫成形質量的影響;并驗證激光的存在對波形的穩定具有一定的作用.結果表明,主輔“雙重導電通道”的消失、熔滴過渡方式跳變和焊接飛濺等不確定因素,均會導致電弧電壓、電流波形圖出現紊亂和尖角.焊縫成形方面,隨著電弧電壓的增加,熔寬先增大后減少;而熔深則不斷上升.而電流增大時,焊縫的熔深熔寬不斷增大.因為電弧電壓增大,改變了電弧的形態;而電流的增加則改變電弧的受力和能量.

一種應用于激光焊接軌跡規劃的改進蟻群算法/林哲騁, 等. 焊接學報, 2018, 39(1): 107-110.

傳統的焊接軌跡需通過手工示教獲得,示教存在柔性差、效率低、軌跡復雜等缺點.對工業生產中的典型焊接圖元進行建模,提出了一種改進蟻群算法:使用混合型信息素更新策略,提高了收斂速度并能夠避免陷入局部最優,從而在較短時間內獲得最佳焊接路徑.結果表明,通過仿真和實際加工驗證了算法的有效性,并成功運用在激光焊接系統中.

304不銹鋼激光深熔焊元素蒸發及焊縫合金含量變化/劉桐, 等. 焊接學報, 2018, 39(2): 5-9.

通過模擬和試驗的方法對激光深熔焊304不銹鋼焊縫合金成分變化進行了研究.利用電子探針X射線顯微分析對母材及焊縫中的Fe,Cr,Mn,Ni元素含量進行分析.基于對焊接熔池溫度場和流場的計算,建立了深熔激光焊元素蒸發和焊縫合金含量變化的模型.結果表明,深熔激光焊元素蒸發主要發生在小孔及熔池表面,其中小孔內金屬蒸發強烈,而小孔外的熔池表面蒸發量較小.與母材相比,焊縫中Mn,Cr元素含量減少,而Ni,Fe元素含量增加.焊縫合金含量變化隨焊接功率增大而減小,但對于焊接速度的改變不敏感.計算結果與試驗檢測結果吻合良好.

異厚度鋁鋼電弧輔助激光對接熔釬焊溫度場和應力應變場數值模擬/劉劍, 等. 焊接學報, 2018, 39(2): 33-38.

以厚度2 mm的5A06鋁合金板和1 mm熱鍍鋅ST04Z鋼對接熔釬焊試驗為研究對象.采用ANSYS有限元軟件,選用高斯函數分布的熱源模型模擬TIG電弧和三維錐體熱源模型模擬激光的不重合組合熱源.基于所建立的不重合組合熱源模型對溫度場和應力場進行耦合分析,得到焊接過程中的溫度場和應力應變分布.結果表明,鋁鋼異厚度熔釬焊在焊縫及其附近區域中的縱向應力是拉應力,鋼一側遠離焊縫產生較大的壓應力,變形較大;鋁合金一側遠離焊縫產生相應的變形,壓應力相對較小,溫度場、殘余應力模擬結果與試驗結果吻合較好,證明所建組合熱源模型正確.

壓縮機葉片激光再制造成形閉環控制設計與實現/任維彬, 等. 焊接學報, 2018, 39(3): 11-15.

針對壓縮機葉片激光再制造成形精度要求高、形狀及形變控制難度大以及成形過程自動化、智能化水平低的工程實際情況,以邊部非規則體積損傷壓縮機薄壁葉片成形為目標,設計并實現了葉片激光再制造成形閉環控制系統,實現了形狀及形變尺寸的閉環監測和激光功率的在線調節,開展了體積損傷薄壁葉片的激光再制造成形閉環控制.試驗結果表明,葉片形狀恢復充分,表層無裂紋,系統尺寸監測精度可達0.1 mm,系統參數反饋周期為0.5 s,采樣頻率為2 Hz.

強制冷卻對IC10合金激光熔覆組織與硬度的影響/楊碩, 等. 焊接學報, 2018, 39(3): 31-35.

為實現IC10定向凝固高溫合金高效、高質量的激光熔覆,開發了通水冷卻裝置實現激光熔覆過程中的強制冷卻,研究了不同冷卻條件對激光熔覆層定向凝固組織生長和硬度的影響.結果表明,相較于無冷卻條件,在同樣激光熔覆工藝參數下采用強制冷卻進行激光熔覆會改變熔覆層形貌,并提高柱狀晶在熔覆層中的體積分數,有助于得到更多定向連續生長的柱狀晶.此外,強制冷卻對于熔覆層各區域硬度無明顯影響,但由于強制冷卻條件下熔覆層中柱狀晶增多,因此高硬度區域增大.

多束流電子束薄板焊接應力變形數值模擬/黃業文, 等. 焊接學報, 2018, 39(3): 52-56.

為了減小薄板結構的焊接變形,基于電子束高頻偏轉掃描技術在焊縫兩側添加輔助掃描熱源實現了多束流電子束焊接及焊前預熱.建立了矩形均勻加熱輔助熱源模型,采用熱彈塑性有限元分析方法對1.5 mm厚304不銹鋼薄板進行多束流電子束焊接數值模擬,并進行了試驗驗證.結果表明,焊后殘余應力和變形的實測結果與模擬結果吻合良好,多束流電子束焊接方法不僅可以改變熔池前方材料的受力狀態,而且可以減小熔池形成瞬間熔池前方材料的壓應力峰值,有利于減小熔池的前方壓縮塑性應變,進而減小薄板結構的焊接變形.

PM-TZM鉬合金電子束焊接特性/張永赟, 等. 焊接學報, 2018, 39(3): 57-60.

為研究PM-TZM鉬合金電子束焊接特性,對其進行了電子束焊接試驗,分別對接頭顯微組織及力學性能進行了分析.結果表明,PM-TZM鉬合金電子束焊縫呈“釘狀”幾何特征,熔合線附近有鏈狀氣孔出現.焊縫區由粗大的等軸晶及柱狀晶組成,熱影響區晶粒相比于母材明顯長大.接頭各區域硬度值不同,焊縫區硬度與母材相當,硬度最低值出現在兩側熱影響區.PM-TZM合金電子束焊接接頭有較大的性能損失.接頭室溫最高抗拉強度378 MPa,為母材抗拉強度的47%,1 000 ℃抗拉強度168 MPa.接頭拉伸斷裂均發生于焊縫區,呈典型的脆性解理斷裂特征.

微波管電子槍激光焊接工藝分析/王博鋒, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 11-16.

采用脈沖固體激光器微波管電子槍進行激光焊接工藝試驗,利用金相顯微鏡、掃描電鏡、萬能材料試驗機、電子顯微硬度分析儀、X射線衍射儀、振動臺、電子槍真空除氣系統等研究了電子槍金屬零件焊縫焊接表面成形、接頭區域的組織形貌、界面元素分布、斷口形貌、顯微硬度與接頭力學性能、焊接接頭物相、電子槍隨機振動及工作狀態下電性能和熱性能.結果表明,優化焊接參數后焊接的電子槍經受了在微波管中連續高溫工作的考驗.振動試驗和電子槍性能試驗檢驗了電子槍組件的焊接牢固程度和焊接質量,驗證了激光焊接工藝在小批量微波管研制、生產和應用過程中的可靠性.

T2紫銅-45鋼電子束焊雙材料界面性能與裂紋偏轉/丁浩, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 17-22.

焊接接頭性能與缺陷一直是焊接材料相關課題的重要方面,大量的研究描述了焊接材料的接頭性能與特征,但異種焊接材料的界面與開裂問題研究并不充分.文中對T2紫銅-C45鋼電子束焊接雙材料界面強度和裂紋開裂的問題,首先采用標準拉伸和三點彎曲試驗,得到該材料焊縫區抗拉強度、屈服強度、彈性模量參數,并依此計算判斷出斷裂韌性值;其次對拉伸和三點彎曲試驗試樣的宏觀和微觀斷口分析,表征其斷口形貌特征,得出斷口斷裂類型為準解理和沿晶脆性復合斷裂模式;基于試驗分析結果對裂紋開裂偏轉路徑進行討論,得出裂紋沿焊縫區擴展并偏向T2紫銅端;最后以實測參數為基準,基于ABAQUS有限元分析得出三點彎曲試驗下焊縫區的裂紋擴展和偏轉方向結果,為該種異種金屬焊接材料接頭性能的提升提供了依據.

TC11鈦合金電子束焊接接頭超高周疲勞性能/鄧彩艷, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 23-26.

采用天津大學自行研制的TJU-HJ-I型超聲疲勞試驗系統研究了TC11鈦合金電子束焊焊接接頭的超高周疲勞性能.試驗結果表明,TC11鈦合金電子束焊接接頭在107周次以上仍然會發生疲勞失效,S-N曲線呈現連續下降的趨勢,沒有明顯的轉折.試件的斷裂位置大多數為母材處,焊縫和熱影響區的疲勞性能要比母材好,這與焊接接頭的微觀組織有關.通過SEM對超聲疲勞斷口形貌進行觀察發現,斷裂試件的疲勞裂紋大部分在表面萌生,然而在應力范圍較低時,疲勞裂紋的萌生位置有從表面轉向次表面的趨勢.

TIG填絲+激光熔凝模具修復工藝分析/劉立君, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 73-78.

針對失效模具TIG手工填絲工藝修復區域出現的強度不足等問題,提出了TIG手工填絲+激光熔凝模具修復方法,并通過掃描電鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、硬度測試、熱疲勞裂紋阻斷試驗、摩擦磨損試驗一系列測試手段,分析激光熔凝對TIG手工填絲修復層的強化性能.結果表明,激光熔凝能夠有效細化TIG修復層表層組織,減小組織內應力,提高組織塑性和韌性,使得修復區的抗熱疲勞性能得到大幅度的提升.高溫滑動磨損條件下,TIG填絲+激光熔凝復合修復試樣表面摩擦系數小,磨損量相比于TIG試樣減少了30%,表現出了優良的耐磨性能.

激光重熔鎳鍍層復合工藝制備銅合金表面涂層/傅衛, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 99-103.

在銅合金表面先預置鎳鍍層再激光重熔以獲得界面冶金結合可靠的新涂層.通過優化工藝參數,并利用多種分析手段研究了涂層的組織、界面結構和顯微硬度.結果表明,室溫下采用4 200 W半導體激光重熔0.4 mm厚鎳鍍層可獲得無缺陷且界面冶金結合可靠的激光熔覆涂層;所獲新涂層組織均勻致密,物相由重熔前的γ-Ni鍍層轉變為重熔后的(Ni,Cu)固溶體;涂層硬度約為135 HV0.05,稍高于CuCrZr基體硬度.鎳鍍層的預置和半導體激光的應用提高了銅基表面激光能量的吸收率;新涂層與銅基體間組織成分及硬度匹配保證了良好的界面相容性和可靠的界面結合.

基于SPA的6061鋁合金脈沖激光焊接工藝參數優化/舒服華, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 109-114.

以激光峰值功率、焊接速度、脈沖寬度、離焦量為優化工藝參數,以焊接接頭的抗拉強度、斷后伸長率、焊縫熔深、焊縫寬度為綜合優化工藝目標,運用正交試驗與集對分析相結合的方法對6061鋁合金脈沖激光焊接工藝進行了多目標優化.通過正交試驗獲得數據樣本,利用集對分析法對數據分析以實現工藝參數的優化.首先確定單工藝目標與理想解的同一度、對立度、貼近度,然后以單工藝目標貼近度的權重和表示綜合工藝目標的貼近度.最后根據不同工藝參數、不同工藝水平的綜合工藝目標的平均貼近度確定最佳工藝.優化結果為:激光功率3.5 kW、焊接速度2.4 m/min、脈沖寬度4.0 ms、離焦量-1 mm.

低活化鐵素體/馬氏體鋼厚板光纖激光焊接接頭組織及力學性能分析/張建超, 等. 焊接學報, 2018, 39(4): 124-128.

針對核聚變反應堆試驗包層模塊(TBM)中使用的CLF-1低活化鐵素體/馬氏體鋼進行焊接試驗,采用15 kW光纖激光,實現了17.5 mm厚CLF-1鋼的穿透焊接,得到了正反表面成形良好、無明顯缺陷的焊接接頭,并對接頭顯微組織及力學性能進行了分析研究.結果表明,焊縫區主要為粗大的板條馬氏體;熔合線附近熱影響區為細小的板條馬氏體和少量貝氏體;不完全淬火區為經焊接熱循環作用下二次回火的回火索氏體及馬氏體雙相組織;接頭室溫及550 ℃高溫抗拉強度較高,均斷裂于母材;焊縫顯微硬度高于母材,且熱影響區無明顯軟化;接頭沖擊韌性良好.接頭綜合力學性能良好.

工藝參數對可伐合金/DM308鉬組玻璃激光焊接接頭結合性能的影響/賈林, 等. 焊接學報, 2018, 39(5): 5-9.

采用YLS-6000型光纖激光器對可伐合金4J29與鉬組玻璃DM308進行激光焊接,研究了工藝參數對接頭強度和界面結構的影響,分析了界面元素擴散行為.結果表明,激光功率為700～800 W,焊接速度為4.5 mm/s,離焦量為0時,接頭抗剪強度達到最大值,為10.97 MPa;4J29/DM308激光焊接頭界面結合良好,存在反應層,分界線清晰可見.玻璃側有大量氣孔產生,界面某些部位存在少量氣孔,導致產生微裂紋;在高溫條件下,元素擴散越均勻,界面反應生成Fe2SiO4越多,接頭強度越高.

T2紫銅-45鋼異種材料電子束焊的焊接接頭強度與缺陷評定/丁浩, 等. 焊接學報, 2018, 39(5): 43-46.

焊接接頭性能與缺陷一直是焊接領域的重要課題,文中針對T2紫銅-45鋼異種材料電子束焊的焊接接頭強度和焊接缺陷的問題,首先采用SEM觀測焊縫區域的微觀形貌,分析其組織構成,并通過標準拉伸和三點彎曲試驗,得到接頭焊縫區的界面強度參數;其次依據斷裂韌性值,開展了針對該異種材料試樣內部缺陷的缺陷評定.結果表明,采用電子束焊加工該異種材料,焊縫內部存在宏觀偏析現象.此外,依據表征得到的T2紫銅/45鋼異種材料界面強度參數,驗收通過了基于BS7910標準的2A級缺陷評定.

光纖激光焊接950MPa級車用TWIP鋼接頭組織和性能/韓志強, 等. 焊接學報, 2018, 39(5): 63-68.

對950 MPa級車用孿生誘發塑性鋼(TWIP950)板材進行光纖激光對接焊,分析接頭微觀組織和微區成分,進行顯微硬度測試和室溫拉伸試驗,研究其不同應變速率下的拉伸性能及斷裂行為.結果表明,焊縫區奧氏體組織粗化和錳元素燒損導致其出現硬度低于母材的軟化現象,而熱影響區發生硬化現象.隨應變速率增加,母材與焊接接頭的抗拉強度由負應變速率敏感性改變為正應變速率敏感性;母材與焊接接頭的塑性隨應變速率增加呈先下降再升高又下降的變化趨勢.不同應變速率拉伸后接頭均斷裂在焊縫區,隨應變速率增加,接頭韌性斷裂特征未見明顯變化.

背反射增效激光焊接熔池匙孔相變及流場分析/王宏宇, 等. 焊接學報, 2018, 39(5): 125-128.

建立了背反射增效激光焊焊接熔池流動中氣相區、液相區和固相區的統一模型,在模型中考慮了等離子體/蒸氣云和小孔吸收機制,綜合了表面張力、熱浮力和重力的作用.基于數值計算得到了熔池的三相匙孔相變以及流場,重點分析了表面張力對熔池流動和傳熱的影響.此外,通過鈦合金薄板的背反射增效激光焊接試驗對模型進行了驗證.結果表明,匙孔引發等離子體/蒸氣云與背面墊板誘發羽輝的耦合作用,是X形焊縫熔池形貌形成的主要原因;同時,表面張力是形成背反射增效激光焊接熔池內“橢圓回流環”的主要驅動力.

鋁合金激光焊接熔池中氣泡運動與氣孔相關性分析/李俐群, 等. 焊接學報, 2018, 39(6): 1-6.

以5052鋁合金作為試驗材料,通過對焊接過程中熔池流動及生成氣孔運動軌跡的觀察研究了激光自熔焊、激光填絲焊中氣孔的形成過程及其影響因素.結果表明,在激光自熔焊過程中,低速焊時熔池流動紊亂,氣泡沿熔池底部邊緣向后方運動;高速焊時熔池流動穩定,氣泡沿匙孔后壁向上運動.焊絲的送入對熔池和匙孔的穩定性有較大的影響,熔池內液體流動紊亂,阻礙了匙孔末端生成氣泡的運動,從而大幅增加焊縫中殘留氣孔的數量.相對于前送絲方式,后送絲時,送進的焊絲對熔池及其內部匙孔的影響更大,熔池內液體流動紊亂,氣泡運動軌跡更長,焊縫中殘留氣孔數量更多.

微束等離子弧焊電弧多物理場耦合/張濟楠, 等. 焊接學報, 2018, 39(6):13-18.

對微束等離子弧焊電弧溫度場、流場、電磁場、電弧壓力場進行了計算分析.結果表明,軸向和徑向溫度分別隨距鎢棒端部和電弧軸中心距離的增加而降低;軸向流速經一段時間后趨于穩定,噴嘴內等離子體徑向流速較噴嘴外小,且噴嘴內外流場方向相反;電磁力隨距鎢棒端面距離的增加而減小,噴嘴內較噴嘴外大,且噴嘴內外電磁力方向也不完全一樣;陽極表面上的電弧壓力遠小于普通等離子弧焊的電弧壓力.此外,各物理場之間相互耦合.高速攝影相機拍攝后經處理得到的電弧等灰度線分布與數值模擬軸向等溫線分布趨勢一致;三維動態光譜檢測系統檢測計算得到的徑向溫度分布與數值模擬得到的徑向溫度分布一致.

不銹鋼旁路熱絲等離子弧增材制造接頭特性分析/苗玉剛, 等. 焊接學報, 2018, 39(6): 35-38.

以旁路熱絲等離子弧增材方法為技術手段,開展304不銹鋼電弧增材制造工藝試驗,分析了工藝參數對增材成形的影響,并對沉積層的組織特征與力學性能進行了研究.結果表明,隨著熱絲電流的增加,流經工件的電流隨之降低,電弧增材的沉積效率大幅提高,材料在反復快速加熱后,得到充分的淬水和回火,沉積層內部存在大量奧氏體組織,接頭硬度有所提高.拉伸試驗結果表明,沉積態材料的平均抗拉強度為537.2 MPa,斷面收縮率為59.4%,斷后伸長率為33.8%,斷裂形式為韌性斷裂,可滿足不銹鋼增材制造的質量要求.

微束等離子弧焊三維焊接堆垛過程塌陷/李挺, 等. 焊接學報, 2018, 39(6): 86-90.

采用搭建的三維運動平臺對微束等離子弧焊三維焊接堆垛過程中收弧位置塌陷問題進行了研究,利用CCD相機實時跟蹤拍攝整個三維焊接堆垛過程,在此基礎上分析了堆垛過程中的熔池流動和熔滴過渡變化,并分析了熔池所受作用力及焊接工藝參數對塌陷的影響.結果表明,收弧位置堆垛墻體下塌是由于被擠壓到熔池尾部的液態金屬來不及回流以及焊絲最后的熔滴未過渡到熔池中導致填充金屬不足、熔覆金屬的流淌造成的,且隨著堆垛墻體收弧端的下塌量累積,熔滴不能穩定過渡到熔池中,進一步加劇了堆垛墻體在收弧端的塌陷,從而使得三維焊接堆垛過程難以繼續.

SP700鈦合金激光焊的焊縫成形與性能分析/陳錫源, 等. 焊接學報, 2018, 39(6): 121-125.

對δ=1.2 mm的SP700鈦合金開展光纖激光焊接試驗,探討SP700鈦合金激光焊的焊縫成形與組織性能.結果表明,負離焦量主要影響著焊縫的背面熔寬,而正離焦量則對表面熔寬的影響更大.焊縫熔寬隨著熱輸入的增大而增加,且背面熔寬的增加幅度更快.當熱輸入一定時,焊縫背面熔寬受激光功率的影響更大.兩種狀態的接頭焊縫區為粗大的β柱狀晶,焊縫區的平均顯微硬度均高于母材,抗拉強度基本與母材等強,斷后伸長率均比母材要低.平行焊縫的抗拉強度低于垂直焊縫,其硬度和斷后伸長率則相對較高,兩種焊接接頭拉伸斷裂的位置也有所不同.

自保護藥芯焊絲激光-電弧復合熱源焊接電弧穩定性的分析/劉西洋, 等. 焊接學報, 2018, 39(7): 17-23.

以自保護藥芯焊絲(414N-O)為研究對象,借助電弧分析儀和高速攝像,對不同工藝參數下激光-電弧復合熱源焊接電弧穩定性進行了試驗研究.結果表明,復合熱源焊接過程中,激光的加入明顯的減小了自保護藥芯焊絲電弧作用點漂移概率,拉長了電弧空間,降低了熔滴短路過渡概率,提高了電弧穩定性;工藝參數中,光絲間距和送絲速度對平均焊接電流影響顯著;電弧電壓和送絲速度對平均焊接電流變異系數影響顯著;激光功率對平均焊接電流的影響幅度與光絲間距和送絲速度有關,光絲間距和送絲速度越大,激光功率對平均焊接電流的影響越小;電弧電壓對平均焊接電流的影響幅度與光絲間距有關,光絲間距DLA=0 mm時,影響最顯著;激光前置比激光后置更有利于平均焊接電流變異系的穩定.

熱輸入對超高強鋼DP1000激光焊接接頭微觀組織和斷裂機制的影響/李龍, 等. 焊接學報, 2018, 39(7): 75-80.

利用光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察超高強雙相鋼DP1000激光焊接接頭微觀組織的變化,通過顯微硬度的測試、拉伸試驗研究其不同熱輸入下焊接接頭的力學性能.結果表明,隨著熱輸入的增加,由回火區和兩相區組成的軟化區的組織發生了明顯的變化,軟化區內平均硬度值減小,其寬度尺寸增加,導致拉伸試樣的斷裂位置發生變化.當熱輸入不高于52 J/mm,焊接試樣的抗拉強度是母材的97.75%,軟化區寬度最大約為506 μm,斷裂發生在母材上;當熱輸入達到72 J/mm,軟化區寬度約為621 μm,斷裂發生在軟化區內.

脈沖激光驅動的GMAW短路過渡行為控制/陳樹君,等. 焊接學報, 2018, 39(8): 1-5.

試驗研究了單側脈沖激光照射熔滴控制短路過渡的行為.高能量密度的瞬時脈沖激光作用在熔滴上,產生的局部強烈的蒸發反力驅動熔滴受迫短路,形成液橋,完成收縮、破斷,促進熔滴脫離焊絲.在無電弧條件下觀察單側脈沖激光驅動熔滴過渡的基礎上,進一步分析了小電流下單側脈沖激光驅動短路過渡的效果.結果表明,在焊接過程中施加一定能量密度和頻率的脈沖激光對短路過渡行為有明顯的改善作用,并能通過脈沖激光功率控制熔滴的尺寸,調節脈沖激光頻率控制熔滴過渡頻率,實現一脈一滴的過渡形式,提高焊接過程的穩定性.

Cu46Zr46Al8非晶合金電子束焊接特性分析/王廷, 等. 焊接學報, 2018, 39(8): 38-41.

對Cu46Zr46Al8非晶合金進行了電子束焊接,并分析了接頭微觀組織轉變、顯微硬度分布及拉伸性能.結果表明,Cu46Zr46Al8非晶合金電子束焊接接頭熔化區組織大部分仍為非晶態,過冷液相區內發生晶化形成Cu-Zr金屬間化合物.焊接接頭熔化區與母材硬度相當,過冷液相區硬度值顯著降低.接頭抗拉強度及韌性相比母材都明顯降低,拉伸斷裂于過冷液相區內的脆性化合物層,呈現典型的沿晶脆性斷裂特征.

DP780鍍鋅鋼激光焊接性能與工藝/黃磊, 等. 焊接學報, 2018, 39(8): 55-58.

針對0.8 mm的車用DP780鍍鋅雙相鋼,采用4 kW的連續光纖激光器對材料進行激光搭接試驗,通過調節兩板間的預留間隙、激光功率、焊接速度、離焦量,研究了工藝參數對焊接接頭焊縫的成形影響規律,同時分析各工藝參數對焊縫下塌量、抗拉強度、氣孔狀況的影響規律;最后基于焊縫抗拉強度、焊縫下塌量以及焊接過程中氣孔狀況評價焊接質量.結果表明,功率在3 800 W、焊接速度在95 100 mm/s,離焦量在-22 mm,預留間隙在0.2～0.25 mm區間的工藝參數條件下,焊接成形較好,此時的抗拉強度保持在180 MPa以上,下塌量總量在0.35～0.45 mm,以及飛濺和外部氣孔較少.建立抗拉強度—焊縫下塌量—氣孔狀況方法評價焊接質量,采用此方法,能夠改善氣孔缺陷,提升焊接效率.