光纤激光焊接AZ91D镁合金接头微观组织特征

利用光纤激光对激光熔化沉积tc17钛合金与锻造tc17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、x射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,tc17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(haz)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。

采用连续激光焊接,焊接速度可以达到50～60mm/s,相对于脉冲激光焊接,生产效率上极具优势。采用波长为1070nm的光纤激光对厚度为0.1mm的304不锈钢超薄板进行连续激光搭接焊,研究了焊接功率、焊接速度和离焦量等焊接工艺参数对焊缝质量的影响规律。实验表明,焊接功率的增加会逐步增加焊缝的熔深和熔宽,当焊接功率达到160w时,焊缝在下层板的熔深陡然增大,出现了不锈钢超薄板的激光深熔焊;此外,相对于负离焦,正离焦更容易得到更深的熔深,但焊缝宽度会略有增加,采用+1mm的离焦量产生大熔深和窄焊宽,因此不锈钢超薄板激光焊接适宜采用正离焦。

为提高车身常用镀锌板的焊接质量和焊接效率,采用4000w光纤激光对厚度为0.8mm常用的镀锌板进行了焊接试验,分析了焊接速度,焊接气体和搭接间隙对焊接质量和焊接效率的影响.结果表明:焊接速度随着功率的增大而加快,,焊接间隙应该控制在0.07-0.1mm之间.

为研究nz30k稀土镁合金和az31镁合金的异种材料激光焊接,对采用co2激光焊成的az31与nz30k异种对接焊接头组织和性能进行了分析。在激光功率为4～5kw,焊接速度为4m/min时获得了成形良好的异种镁合金焊接接头。对获得的焊接接头进行了接头组织分析、焊缝区合金元素分布及析出相的分析及接头硬度和拉伸性能的测量。金相观察发现,异种镁合金激光焊缝是两种母材的熔合,在宏观上两种母材成分未完全混合在一起,且相应成分的组织区域呈波浪状夹杂态。x射线衍射(xrd)检测显示焊缝中存在α-mg、mg17al12及mg12nd等相组织。扫描电镜(sem)观察进一步显示了焊缝区存在着不同化学成分区域,焊缝晶粒显著细化。接头元素分布情况表明焊缝合金元素的分布由一侧熔合线至另一侧熔合线存在明显的浓度梯度。焊缝硬度不低于母材硬度;接头抗拉强度为169mpa,低于两种母材的抗拉强度。

采用ipgyls-6000光纤激光器和slabdc035co2激光器,在近似相同的工艺条件下进行平板扫描焊接,通过olympus光学显微镜测量焊缝横截面积,并计算熔化效率。结果表明:两种激光器焊接的熔化效率均随焊接速度先增加后减小,但是光纤激光焊接熔化效率峰值所对应的焊接速度要远远高于co2激光焊接。进一步分析表明两种激光焊接熔化效率的差异与激光能量耦合的固有规律不同有关。因此,从焊接效率上考虑,光纤激光器更适合于高速焊接,而co2激光器更适合于低速焊接。

采用gsi的jk-200fl型连续光纤激光器实现了0.2mm厚304不锈钢片的对接焊。在氩气保护下,优化后工艺参数为激光功率90w,光斑直径0.2mm,焊接速度1200mm/min,获得成形良好、无缺陷的焊缝。采用金相显微镜可见焊缝组织由边缘细小的柱状晶和中心部位细小的等轴晶组成。经硬度测试和弯折测试,表明焊缝处的硬度和强度均达到甚至超过母材。

为了研究az31镁合金的焊接性,对az31镁合金板进行交流钨极氩弧(tig)焊.试验采用x-射线衍射仪、扫描电子显微镜、光学金相显微镜对试样的焊缝显微组织进行分析,并对不同焊接电流下的试样进行抗拉强度和硬度测试.研究发现:随焊接电流的增加,焊缝成形变差,晶粒逐渐粗化,同时易产生气孔和裂纹等缺陷,使接头性能降低;焊缝区由基体α-mg和附集于晶界的β-al12mg17两相组成.结果表明:焊接电流对az31镁合金接头的熔池形状及焊接质量有显著的影响.

介绍了用超塑挤压与超塑焊接复合成形法生产镁合金管材的技术原理,对镁合金管材挤压成形进行了实验研究,并通过实验确定了用这种方法生产挤压比为12.5的az91d镁合金管的生产工艺。主要工艺参数为:镁棒预热温度为350～400℃,模具预热温度为300～350℃,压头平均挤压速度为0.5mm/s。实验结果表明,在这种工艺条件下,挤出的管子表面质量好,无气泡、横裂纹等缺陷。用超塑挤压与超塑焊接复合成形管材可以实现连续挤压,在不改变毛坯尺寸的情况下得到所需长度的管材,而且模具及其内残余镁合金重复加热可保证模具多次使用,不用清洗。

研究了超塑性变形过程中tc4钛合金激光焊接接头各区域显微组织演变规律,并对相关参数进行表征。结果表明,随着超塑性变形的进行,接头内针状马氏体组织发生α′→α+β相变,同时针状组织长大为片层,接头各区域显微组织逐渐均匀化,促进超塑性变形的进行;随着变形的进行,等轴化率逐渐升高;随着变形温度的升高或初始应变速率的降低等轴化率逐渐上升,促进焊缝超塑性变形的进行。提出采用平均晶粒尺寸来表征热影响区组织的转变程度。随着变形的进行,平均晶粒尺寸逐渐增大,随变形温度的升高或初始应变速率的降低平均晶粒尺寸减小,这有利于接头组织的均匀化。

铝合金激光焊接难点及解决对策 一、概述 铝合金具有高比强度、高比模具和高疲劳强度以及良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，同 时还具有优良的成形工艺性和良好的抗腐蚀性。因此，广泛应用于各种焊接结构和产品中。 传统的铝合金焊接一般采用tig焊或mig焊工艺，但所面临的主要问题是焊接过程中较大 的热输入使铝合金变形大，焊接速度慢，生产效率低。由于焊接变形大，随后的矫正工作往 往浪费大量的时间，增加了制造成本，影响了生产效率和生产质量，而激光焊接具有功率密 度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在铝合金焊接领域受到格 外的重视。 铝合金激光焊接的主要难点在于： 1、铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的 吸收率低，“小孔”的诱导比较困难。 2、铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过程和扩散，使得焊接稳定性差。

采用功率为4kw的nd:yag激光器,对6mm厚clam钢板采用不同的焊接参数进行了激光焊接试验,焊后对部分试样进行回火处理.分别对焊后和回火试样的硬度和微观组织结构进行了测试和观察.结果表明,回火处理前焊接接头金相组织主要为粗大的板条马氏体,随着焊接速度的提高,焊缝硬度有所提高;回火处理后焊接接头金相组织为板条特征明显的回火马氏体,使用扫描电镜对回火后焊接接头进行观察发现在原奥氏体晶界和马氏体板条上有碳化物析出,导致焊缝区的硬度相对母材略有提高,焊接热影响区未出现软化现象.

为了进一步解决深熔焊接小孔难以进行观测的问题,本文通过＂三明治＂的方法,从而针对10kw光纤激光深熔焊接小孔进行了非常明显的观测,从而观察到在激光深熔焊接的小孔内部以及孔壁出现液体流动的现象。对于小孔前沿壁上面的液体流动的＂台阶＂以及伴随着流动物理学和蒸汽现象进行同步观察之后,进一步发现了金属微滴脱离小孔壁的整个过程以及产生蒸汽爆发的现象。

铝合金激光焊接技术优化研究

概述了铝合金的焊接特性以及焊接过程中的难点,由于铝高反射、导热快的特点,激光焊接也不可避免地存在一般熔焊常遇到的焊缝气孔、焊接热裂纹等问题。鉴于铝合金自身特点,也使激光焊接工艺更加复杂,亟待改进和完善。提出了相关改进措施,通过表面处理、改善焊接接头、调整焊接波型参数等来改善铝合金焊接性能。

采用ipgylr-6000光纤激光器对宝钢生产的汽车用700mpa高强钢板进行了焊接试验,并对焊接样品的焊接区和母材进行显微组织分析,结果表明焊接区域经过激光快热快冷后形成均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸较母材细小。对焊接后样品进行力学性能测试,试样的断裂位置为母材,表明焊接对母材的力学性能的影响不大,可以使用光纤激光实现车用高强钢的高质量焊接。

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net ?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net

研究了光纤激光-mig复合焊接中厚板铝合金的焊缝组织。结果表明,光纤激光-mig复合焊接可一次焊透8mm厚铸造铝合金zl114,焊缝中没有大的工艺气孔,也无热裂纹,但出现较多的冶金气孔。焊缝主要由α(al)和al-si共晶组成,焊缝上部、中部和下部组织变化不明显,焊缝没有分层现象。焊缝较热影响区和母材组织细密,焊缝和热影响区的共晶组织类似,但焊缝和母材共晶组织明显不同,体现在共晶形态和si含量的不同,但母材的共晶组织在一定的热循环条件下,可以转变为与焊缝类似的共晶组织,伴随的是枝晶数量的减少,枝晶在母材和焊缝中都占绝大部分。

对活性化焊接(a-tig)方法在镁合金焊接中的应用进行了初步的探讨。选取tio2作为活性剂,研究了单一活性剂tio2对镁合金焊接后微观组织的影响。试验结果表明,涂敷单一活性剂tio2可以使焊缝熔深比常规的tig焊增加2倍。与未涂敷活性剂的焊缝相比,涂敷tio2活性剂可以增大焊接的熔深,减小熔宽。

激光焊接装置的设计

通过对tc4板材进行两种t型接头的激光焊接试验,分析了酸洗、焊接环境及焊后修复对钛合金激光焊接接头质量的影响,实验结果表明,钛合金激光焊具有较强的气孔倾向,酸洗及焊后重熔并未明显改善接头气孔的情况,但气孔数量对湿度的变化较为敏感。不同焊接试验的结果统计表明,虽然接头存在大量气孔,但只有位于上下两侧板材的贴合面处的这一小部分气孔才会造成受力面积的减小,因此接头整体仍具有较高的抗剪力。

针对az31镁合金材料,研究了在a-tig焊中单一成分的活性剂对焊缝成形的影响。试验结果表明,与无活性剂的焊缝相比,活性剂tio2、sio2、cr2o3、cdcl2和cacl2能够有效地增加镁合金焊缝的熔深和深宽比。镁合金涂敷活性剂cdcl2后焊缝接头的微观组织与未涂敷时焊缝接头的微观组织没有明显区别,只是前者热影响区稍宽。未涂敷活性剂和涂敷cdcl2的试样硬度值分布相差不大。在az31镁合金的焊接中,活性剂cdcl2的作用效果最好。

利用ｘ射线衍射分析和扫描电镜，研究了金刚石锯片激光焊接接头的成分和组织，并测试了接头的力学性能。试验表明，刀头材料对焊接质量有重要影响，焊缝的成分和组织是不均匀的，光束偏移量对焊缝成分和组织有很大影响