激光-电弧复合焊专题文献

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析/桂晓燕, 等. 焊接学报, 2021, 42(12): 34-39.

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响.采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性.结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用.确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小.综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.

氮气辅助316L不锈钢激光-MIG复合焊接组织与耐蚀性能/仲杨, 等. 焊接学报, 2021, 42(12): 7-17.

为了提高纯氩气下MIG焊接316L不锈钢的稳定性、改善焊缝组织以及强化耐腐蚀性能,引入1 200 W小功率激光对MIG电弧进行诱导压缩,同时在氩气中混入氮气,探索不同流量比的Ar-N2混合气体对焊缝微观组织及其耐腐蚀性能的影响.结果表明,激光的诱导作用能够收缩并稳定MIG电弧,随着氮气流量的增加,焊缝的熔合线逐渐平缓,内部气孔缺陷明显降低;XRD测试和显微组织分析发现,渗氮后的焊缝内部γ相含量明显增多,中下部区域均为细小均匀的γ胞状晶,中上部区域为γ树枝晶,并且一次枝晶间距逐渐减小.当氮气流量增加到5 L/min,焊缝的显微硬度可综合提升20 HV;电化学极化测试发现,渗氮之后的焊缝表现出更强的耐腐蚀性能.试验证实,氮气辅助激光-MIG复合焊接工艺能够改善316L不锈钢焊缝的显微组织和耐腐蚀性能,当Ar∶N2气体流量比为20∶5时,γ相的强化效果最显著,综合耐腐蚀性能最好.

X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析/严春妍, 等. 焊接学报, 2021, 42(9): 28-34, 41.

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律.结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区.激光功率在2.0～3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势.但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.

EQ70钢激光电弧复合焊焊接热循环及其对热影响区组织演变的影响/鲍亮亮, 等. 焊接学报, 2021, 42(3): 26-33.

采用Visul Environment软件建立了EQ70钢激光电弧复合焊的三维模型,并利用SYSWELD软件对激光电弧复合焊焊接温度场进行了有限元数值模拟,结合热电偶测温法和热影响区的微观组织表征分析了激光电弧复合焊热循环特点及其对热影响区组织演变的影响.结果表明,采用双椭球体+峰值递增锥体组合型热源可以准确模拟复合焊温度场,电弧区、过渡区、激光区相同热影响区微区具有相近的热循环,热影响区加热速度可达400 ℃/s,1 100 ℃以上停留时间为0.79～1.33 s,t8/5为4～6 s.粗晶区、细晶区组织为板条马氏体,临界区组织为马氏体+晶界碳化物,亚临界区组织为回火马氏体.激光电弧复合焊具有快速加热、高温停留时间短的特点,在一定程度限制了奥氏体晶粒的长大,粗晶区和细晶区平均晶粒尺寸分别为42.7,19.8 μm.

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析/徐锴, 等. 焊接学报, 2021, 42(1): 16-23.

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配.借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究.结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复合焊相一致,由于激光束的指向性,焊缝熔深受激光能量密度影响较大,因此焊缝熔深与激光功率呈正比,与焊接速度、离焦量的绝对值呈反比,焊接电流与光丝间距的影响不大;焊缝熔宽受电弧参数影响较大,且熔宽与熔池面积变化有一一对应关系,熔池面积变大,熔宽增加;余高与熔敷速度有关,因此焊接电流越大、焊接速度越小,余高越大.此外高能量密度激光热源的加入突出了多股绞合焊丝的自旋转特性的优势,特别是焊接电流在130～200 A范围内,随着焊接电流的增加,多股绞合焊丝的旋转频率增加,旋转特性带来的拓展焊缝宽度及对焊接气孔的抑制等优势更为明显.

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析/吴向阳, 等. 焊接学报, 2021, 42(1): 91-96.

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的"双椭球体+峰值递增圆柱体"组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性.采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析.结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小.研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.

低镍含氮奥氏体不锈钢激光-电弧焊电弧特性及组织性能/方乃文, 等. 焊接学报, 2021, 42(1): 70-75.

采用100%Ar, 98%Ar+2%N2, 92%Ar+8%N2, 85%Ar+15%N2四种混合比例的保护气体对08Cr19MnNi3Cu2N低镍含氮奥氏体不锈钢进行激光-脉冲MAG电弧复合焊接,研究保护气体中氮气比例对焊缝中气孔数量、焊缝熔深和熔宽、电弧形态、微观组织及铁素体含量等影响机制.结果表明,随着保护气体中氮气比例的增加,焊缝气孔数量增多,气孔的体积也随之增大;焊缝熔深显著增加,而焊缝熔宽变窄,焊缝平均硬度有所下降,电弧收缩明显,电弧弧柱宽度随着氮气比例的增加而减小,焊接飞溅数量随之增加且体积增大,电弧稳定性变差;焊缝中铁素体含量由6.91%,6.80%减少至5.38%和4.62%,铁素体枝晶也逐渐变细,二次枝晶臂变短.焊缝组织中只仅存在少量δ和γ两相;从4个晶面观察奥氏体晶粒的尺寸也随着氮气比例的增加而逐渐减小.

S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力/严春妍, 等. 焊接学报, 2020, 41(6): 12-18.

采用激光-MIG(metal inert gas welding, MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接,分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布,采用SYSWELD软件计算了1.0,1.5,2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力,分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响.结果表明,三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone, CGHAZ)的组织为马氏体,接头的硬度水平较高,最高硬度均在350 HV以上.焊接速度增加,熔池最高温度下降,焊后冷却速度增加.等效残余应力水平较高,HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时,各应力分量的拉应力峰值上升较少,而压应力峰值显著上升.

脉冲激光与电弧布置方式对铝合金焊接熔滴过渡与焊缝形貌的影响/贾亚洲, 等. 焊接学报, 2019, 40(12): 17-24.

以2219铝合金为基板,研究了不同脉冲激光-电弧布置方式下的熔滴过渡与焊缝形貌特征,分析了熔深增加的机理.结果表明,当脉冲激光照射母材时,脉冲激光主要提供对母材的热输入,母材温度的增加有助于促进熔滴铺展,稳定熔滴过渡过程;当脉冲激光照射熔滴缩颈时,主要提供对熔滴的力输入,蒸发反力的作用下形成"一脉一滴",显著提高熔滴过渡频率与熔滴飞行速度,增加了熔滴对熔池的冲击力,熔深增加;当脉冲激光交替的照射熔池和熔滴时,一方面能够对母材进行加热,有助于熔滴的铺展,另一方面能够提高熔滴过渡频率,提高焊缝的均匀性.

超高功率激光-电弧复合焊接特性分析/黄瑞生, 等. 焊接学报, 2019, 40(12): 73-77, 96.

为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解.借助高速摄像,以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象,对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时,激光热源与不同电弧热源复合,以及是否填丝对焊接特性的影响规律.结果表明,激光功率增加,羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势,两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时,高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.

激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊熔滴受力分析/刘西洋, 等. 焊接学报, 2019, 40(9): 65-70.

以不锈钢自保护药芯焊丝为研究对象,借助高速摄像采集了激光介入MAG电弧堆焊的熔滴和电弧图像,研究了激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊的熔滴受力.结果表明,激光的介入改变了焊丝端头熔化状态,焊丝端头发生局部熔化、半熔熔化、全熔熔化三种状态;增大了电磁收缩力、等离子流力在焊丝轴线上的分力,有利于熔滴过渡;减小了表面张力,有利于细化熔滴;增加了气体动力,在合适的激光参数下促进熔滴过渡;熔滴过渡轨迹出现了右偏轴过渡、左偏轴过渡、沿轴过渡三种模式.

铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律/张兆栋, 等. 焊接学报, 2019, 40(8): 7-12.

为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律,利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本,通过二次回归方程建立了工艺参数(电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P)与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型,并研究了单个工艺参数对试件成形的影响,经验证发现模型预测效果较好.结果表明,当电弧电流大于106 A时,参数对层宽的影响顺序由大到小为,电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为,电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.

42CrMo钢活塞激光-MAG复合焊接热裂纹试验/陈根余, 等. 焊接学报, 2019, 40(7): 61-66.

利用高速相机观测焊接时熔池流动和焊缝凝固过程,并求得固-液界面移动速率;利用红外热像仪采集焊缝温度随时间变化的相关信息,求得焊缝的温度梯度,对比研究42CrMo调质钢在激光焊接、激光引导的激光-MAG复合焊、电弧引导的激光-电弧复合焊三种焊接工艺时,焊缝接头处的热裂纹倾向.结果表明,激光引导的激光-MAG复合焊工艺比其它两种焊接工艺的固-液界面移动速率更小,焊缝的温度梯度也更小,具有最小的应变率和热裂纹敏感性.最后对激光引导的激光-MAG复合焊焊缝进行了显微组织观察和硬度分析.

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺/王伟, 等. 焊接学报, 2019, 40(7): 55-60, 66.

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8 m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6 m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207 MPa,达到母材强度的71%.

船用耐蚀钢DH36光纤激光-MIG复合焊接头组织和性能/高艳, 等. 焊接学报, 2019, 40(5): 60-66.

为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺,分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响.结果表明,在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头,随着送丝速度的增加,电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加.焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成,送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响.增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大,但减小了断后伸长率,接头断后伸长率最高达16.5%.接头极化曲线测试表明,当送丝速度为7.5 m/min时,自腐蚀电流密度最小,腐蚀倾向最低.

2219铝合金激光驱动GMAW熔滴过渡行为/贾亚洲, 等. 焊接学报, 2019, 40(3): 59-64.

以2219铝合金为研究对象,搭建了激光驱动GMAW熔滴过渡试验系统,采用高速摄像系统拍摄熔滴过渡行为,分析了激光的加入对熔滴过渡行为的影响.结果表明,通过改变工艺参数,激光的加入改变了熔滴的受力状态从而改变了熔滴过渡模式和飞行轨迹.脉冲激光作用在熔滴缩颈处形成的蒸发反力可以有效促进熔滴过渡,得到"一脉一滴"的射滴过渡形式,提高熔滴过渡频率和熔滴过渡的稳定性,同时能够有效改善焊缝成形解决铝合金焊接射滴过渡工艺区间窄,对母材热输入高以及焊接过程稳定性差等问题.

激光——电弧复合焊接头根部特性分析/徐良, 等. 焊接学报, 2019, 40(3): 76-79.

对厚板HQ785T1低合金高强钢填充HS-70焊丝激光—电弧复合焊接头根部化学成分分析及元素线扫描分析,结果表明,焊缝部位主要元素的含量介于母材和焊丝之间,焊缝从上部到根部,随着深度的增加,焊缝元素组成越接近母材,根部焊缝组成以母材成分为主,焊丝成分所占比例较小;焊缝根部冲击韧性低于焊缝上部,增大坡口钝边,焊缝根部的冲击韧性降低;金相显示根部焊缝中心组织为粒状贝氏体组织,随着钝边尺寸的增加,碳化物析出量减少,组织略显粗大,组织脆性增加.

基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟/唐琪, 等. 焊接学报, 2019, 40(3): 32-36.

地铁作为一种重要的交通工具,在城市生活中起着越来越重要的作用,地铁同时具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点.选用3D高斯+双椭球热源,采用固有应变法,对地铁牵引梁在不同约束情况下的焊接变形进行了模拟.在模拟现有约束情况的基础上,另外设计了3种约束情况.结果表明,采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好,x,z向最大变形都出现在方案2中,分别为2.46和13.13 mm,y向变形稳定在1.63 mm左右;将变化率方差最大的角变形作为评价标准,得到方案4最合理,角变形最小为1.21°.

铝合金激光-MIG复合填丝焊稳定性分析/常云峰, 等. 焊接学报, 2018, 39(10): 119-123.

通过与铝合金激光-MIG复合焊方法相对比,主要研究了铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形、熔深稳定性、余高稳定性、焊缝气孔率、激光匙孔特征、等离子体特征.试验结果表明,在合适的工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊焊接过程稳定,焊缝成形良好,额外填入的焊丝可以连续稳定地过渡到熔池中,激光匙孔具有明显的形成、长大、湮灭周期性变化特征;相同工艺参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝熔深稳定性、余高稳定性与激光-MIG复合焊相当,激光匙孔开口面积约增加15.34%,等离子体+电弧总面积约增加1.95%.

激光功率对5356铝合金激光诱导MIG电弧增材制造组织性能的影响/孙承帅, 等. 焊接学报, 2018, 39(9): 13-18.

为了改善MIG电弧增材制造5356铝合金的组织及力学性能,将低功率激光与MIG电弧增材制造结合,采用低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造技术进行了不同激光功率下5356铝合金单道多层墙体成形试验,分析了激光功率对沉积态5356铝合金组织、显微硬度及拉伸性能的影响.结果表明,低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象.墙体的微观组织主要呈等轴晶状,与单MIG电弧堆积的墙体相比,等轴晶变得细小均匀,显微硬度提高,波动较小.加入激光可以减少Fe元素、Si元素含量和气孔数量,使墙体的力学性能提高,当激光功率为300 W时达到最大值,较单MIG电弧堆积墙体的抗拉强度提高了12.0%.