光纤激光入射角对高强钢对接焊焊接性能的影响

理论分析了纤芯错位对激光输出功率及光束质量的影响,研究表明,纤芯错位后纤芯中的各个模式均有一定的功率衰耗,且基模总会向高阶模耦合,导致光束质量下降。采用20/400μm的双包层掺镱光纤,搭建了高功率全光纤激光振荡系统,实验研究了谐振腔外纤芯错位、谐振腔内纤芯错位以及谐振腔内和谐振腔外纤芯同时错位几种不同的情况对输出激光性能的影响,结果表明,谐振腔内纤芯错位和谐振腔外纤芯错位都会造成激光器性能的下降,但谐振腔内纤芯错位将导致激光器功率明显下降,而谐振腔内和谐振腔外同时错位会导致激光器光束质量急剧下降。

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。

针对铜和钢的物理和化学性能的较大差异,通过理论分析认为铜的熔化量对铜钢异种材料焊接接头的质量有很大影响,同时考虑到铜列激光的高反射率,对此进行了基于斜面对接和激光光束偏向钢侧的铜钢激光对接焊研究,并以三种不同的工艺参数进行了激光焊实验。焊接接头的力学性能测试和焊缝显微组织分析结果表明,铜钢焊接的质量主要取决于铜的熔化量。当铜熔化较少时,接合界面清晰,接头无明显缺陷并表现出良好的力学性能;当铜的熔化量较多时,无明显结合界面,接头出现气孔、裂纹等缺陷,力学性能急剧下降。实验结果表明,设置激光束偏离量为0.8mm,可实现低铜钢熔合比,从而获得尢缺陷的铜钢焊接接头。

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.

纤芯错位对高功率光纤激光性能的影响_王岩山

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。

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。

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。

采用大功率光纤激光器进行不同板厚的不锈钢的切割试验,研究了光束入射角对切割质量的影响。结果表明,在切割枪不同的倾斜姿态、不同板厚下,光束入射角对切割质量的影响也不同。

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。

由于各种低合金高强钢的化学成分不同,性能差异很大,焊接性的差异也很大。焊接过程中,有较大的冷裂和热裂倾向。(1)冷裂纹倾向。低合金高强钢随着强度等级的增高,焊接接头冷裂纹倾向增大。冷裂纹又叫氢致裂纹或延迟裂纹,是指焊接接头冷却到较低温度下(ms温度以下)时产生的焊接裂纹。冷裂纹一般都产生在热影响区,有

低合金高强钢的焊接性 低合金高强（hsla）钢的焊接性主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，其二是 焊接热影响区的力学性能。在过去的40年，hsla钢取得了显著进展，精炼技术、 微合金钢技术、控轧控冷技术、形变热处理（tmcp）等一些先进技术的应用，使 得现代hsla钢的焊接性大大改善，尤其是haz冷列裂纹敏感性大大降低，粗晶 区韧性大幅度提高，高效率、大线能量焊接工艺得以应用。然而，新的问题也伴 随着出现，如母材的低碳当量高强度化使得冷裂纹从haz转移到焊缝金属中，多 层焊接头中的局部脆性区问题等。本文将论述hsla钢制造技术的进步给焊接性 带来的变化，以及技术发展趋势。 1hsla钢的技术进步及其对焊接性的改善 过去40年，低成本、高性能是钢铁行业技术进步的主要发展方向，从焊接 性的角度来看，影响最大的是精炼技术和轧制技术。 1.1精炼技术的影响 焊接热裂纹、液化

强度级别较低的低合金高强钢，如300-400mpa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题有：

采用光纤激光焊接amca403镁合金。分析了焊接接头的微观组织、硬度变化及不同焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律及机理。结果表明:光纤激光焊接amca403镁合金,能够得到无明显缺陷的焊接接头。试验中出现了热导焊和深熔焊两种焊接模式。在一定参数范围内热输入是影响焊接模式和焊缝形状的主要因素。焊缝区晶粒比母材细化,显微硬度明显提高。同一功率下,随焊接速度提高,焊缝晶粒减小,硬度增大。

采用15kw高功率激光复合焊接船用低合金高强钢t型接头构件。测定了接头截面的显微硬度,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了焊缝微观组织。结果表明:焊接接头没有气孔、裂纹等缺陷;焊缝和热影响区显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度最高为290hv;焊缝组织主要为细条状的粒状贝氏体和少量的m-a组元。贝氏体铁素体为细条状的铁素体,晶粒细小,晶界密度高。cu、ti等微合金元素形成的碳化物沉淀强化相分布于贝氏体铁素体内。细条状的粒状贝氏体组织的晶粒细化及其微合金碳化物(cu,ti)xcy的沉淀强化使得焊缝强度高于母材。

采用对接焊方法,对比研究了tc4钛合金薄板光纤激光焊接和yag激光焊接接头的宏观形状特征,分析了两种焊接热源在焊缝背宽比相同时的接头拉伸性能差异,并获得了焊接热输入对光纤激光焊接接头宏观形状与拉伸性能的影响规律。试验结果表明:光纤激光焊缝背宽比常常大于yag激光焊缝,焊接接头的强度和塑性均高于yag激光焊接接头。在稳定光纤激光全熔透深熔焊接条件下,焊缝背宽比和焊接接头的拉伸性能随焊接热输入的增加呈现先上升再下降的趋势,当焊接热输入为40j/mm,焊缝背宽比约0.8时,光纤激光焊接接头具有最好的拉伸性能,抗拉强度为1133.72mpa,断后伸长率为14.32%。

采用光纤激光焊接az91d镁合金,借助金相显微镜、x射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜分别对焊接接头的微观组织结构、相组成、断口形貌进行分析。结果表明:光纤激光焊接az91d镁合金,能够得到无明显缺陷的焊接接头,焊缝组织为细小的柱状晶组织,接头热影响区小。焊缝组织由过饱和α-mg固溶体和al2mg相组成,焊缝金属冷却速度较快,没有β-mg17al12脆性相析出。α-mg晶内和晶界上有少量al2mg析出物,且存在大量位错线和位错胞。断口特征为韧脆混合断裂形式,有微小裂纹存在。

以铜-康铜微细热电偶测量端的激光焊接过程为例,介绍了微细热电偶的激光制造方法,利用光纤激光光束质量好、功率密度高的特点,对铜-康铜微细热电偶丝进行了光纤激光微细焊接实验。通过测量证明利用激光焊接制造的热电偶性能可靠,并指出利用光纤激光微加工技术可制造出各种不同种类、不同尺寸的微细热电偶,且加工便捷、高效,该技术具有广泛的应用前景。

激光焊接由于其独特的优点被广泛应用。不同厚度的焊件有相应不同的激光焊接工艺参数窗口。为了方便实际生产中激光焊接参数的设定,对不同厚度汽车用高强钢激光焊接的临界速度进行了研究。对于不同厚度的三种汽车用高强钢,在不同激光功率条件下,通过对相应焊接速度的变化,找出相应功率下的焊接过熔透和未熔透的速度临界点,确定厚度和激光功率对焊接速度的影响。实验结果表明,对于相近厚度的b450lad钢和dp600钢,其焊接临界速度状况相同;板厚增加,焊接最大和最小临界速度均下降。对不同功率下焊接过熔透和未熔透临界点的线形拟合,得到了不同厚度钢板的激光焊接适用参数区域,为实际激光焊接参数设定提供了参考。

2060-t8铝锂合金是具有低密度、高比强度,及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087(al-mg-zr)焊丝焊接2mm厚2060-t8铝锂合金,研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响,分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加,随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3kw、焊接速度和送丝速度为3m/min的工艺参数下接头成形良好,无焊接裂纹,焊接接头的平均抗拉强度为309mpa,断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比,焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化,这与熔池流动机制与边界层厚度有关。

通过对q690-qt高强钢焊接性分析和焊接性试验,掌握了其焊接特性,重点分析了采用不同的焊后热处理规范对q690-qt低合金高强钢进行焊后热处理后,每种焊后热处理工艺参数对焊接接头力学性能的影响,以确定合理的焊接工艺参数指导生产实践。

大模场面积(lma)多模光纤激光器的输出性能与光纤的弯曲程度有关。为研究两者之间的关系,在光纤不同弯曲直径下,对多模光纤激光器的输出性能进行了实验测量和理论计算。采用刀口法测量了不同弯曲直径下的激光光束质量因子m~2,并对每种情况下光纤激光器的斜率效率进行了测量。光纤弯曲直径分别为285mm,195mm和130mm时,多模光纤激光器光束质量因子m~2为2．88,1．82和1．67,斜率效率为39％,35％和34％。另外,对于实验所采用的大模场面积多模光纤,理论计算了各模式损耗与光纤弯曲直径的关系。