在92年10月舉行的一次學(xué)術(shù)討論會(huì)上荷蘭的生產(chǎn)與后勤研究所介紹了首批用激光焊接涂搪瓷鋼板的研究成果。該研究的發(fā)起和用戶是荷蘭一家搪瓷廠。該所能為鋼鐵和搪瓷工業(yè)的用戶代表出示加工件樣品,充分說明,這種新

DC04薄鋼板的脈沖激光焊接工藝研究

激光焊接裝置的設(shè)計(jì)

1mm不銹鋼板激光焊接數(shù)值模擬及接頭性能研究

用nd:yag脈沖激光作為焊接熱源,對(duì)殷鋼材料invar36分別進(jìn)行了平板單道焊接試驗(yàn)和對(duì)焊試驗(yàn),分析了工藝參數(shù)(激光功率、焊接速度、脈沖寬度和離焦量)變化對(duì)焊縫的表面形貌、熔寬以及熔透性的影響。檢測(cè)了0.85mm厚的殷鋼薄板對(duì)焊接頭的硬度、成分以及拉伸強(qiáng)度。結(jié)果表明:激光功率和脈寬是影響焊縫熔深、熔寬和熱影響區(qū)面積的主要因素;掃描速度對(duì)焊縫表面的魚鱗狀條紋間距影響尤為明顯;離焦量主要影響焊縫的寬度和熔透性;合理匹配工藝參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)0.85mm厚度薄板的對(duì)焊,并且獲得形貌良好的焊縫。焊縫的組織成分沒有發(fā)生明顯變化,拉伸強(qiáng)度和基體強(qiáng)度相當(dāng),顯微硬度略低于基體硬度。

通過激光焊接可將不同材質(zhì)、不同強(qiáng)度、不同表面處理的鋼板焊接在一起,以滿足零件不同部位性能的需要。采用激光焊接鋼板可以減輕零件質(zhì)量,節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用,改善零件性能,從而提高鋼板材料與輕金屬和高分子材料的競(jìng)爭(zhēng)力。介紹了激光焊接的設(shè)備與工藝、焊接鋼板的性能與應(yīng)用。

針對(duì)不銹鋼薄板的激光焊接進(jìn)行了研究,分析了激光工藝參數(shù)對(duì)超薄不銹鋼板焊接質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,對(duì)于不銹鋼薄板激光焊接,脈沖工作電流和脈沖寬度對(duì)焊縫成形影響很大。在合適的工藝參數(shù)下,超薄不銹鋼薄板焊縫成形良好,焊接接頭基本與母材等強(qiáng)。

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。

針對(duì)超薄紫銅片的激光焊接工藝進(jìn)行研究,分析了激光工藝參數(shù)對(duì)超薄紫銅片焊接的影響。結(jié)果表明,在合適的工藝參數(shù)下,超薄紫銅片焊縫成形良好,焊接接頭基本與母材等強(qiáng)。對(duì)于薄板激光焊接,脈沖工作電流和脈沖頻率對(duì)焊接成形影響很大。

大厚度不銹鋼板的激光焊接

采用5kw高功率橫流co2激光器加工系統(tǒng)對(duì)a3低碳厚鋼板進(jìn)行焊接試驗(yàn),研究了工藝參數(shù)對(duì)激光深熔焊的焊縫的影響,并進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn),對(duì)試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、金相分析和顯微硬度分析。

激光作為高能束和潔凈熱源在焊接中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。船舶制造中的激光焊接技術(shù)也正得到廣泛的研究并開始應(yīng)用。利用15kw級(jí)co2激光對(duì)國(guó)產(chǎn)船用板ccs-b、sus304、a36以及ccs-a進(jìn)行了對(duì)接接頭和t形接頭的激光焊接研究。在多種板厚條件下獲得了良好的激光填絲和激光電弧復(fù)合焊接接頭。通過宏觀和顯微金相分析比較ccs-b激光填絲焊和激光電弧復(fù)合焊接頭焊縫截面形狀和組織。通過成分分析,觀察了在三種不同高功率激光焊方法(純激光、激光填絲和激光復(fù)合)下焊縫中主要化學(xué)成分的含量變化。通過硬度測(cè)量、拉伸和彎曲試驗(yàn)測(cè)試分析了接頭力學(xué)性能。

隨著核電工業(yè)的發(fā)展,對(duì)厚板不銹鋼的焊接要求越來越高,傳統(tǒng)的弧焊方法效率低、變形大、組織粗大、抗核輻照性能差,難以滿足使用要求。采用3500wslab及20kw快軸流co_2激光器,研究了厚板萬瓦級(jí)激光自熔焊接、窄間隙激光填絲焊接及激光-鎢極氬弧焊(tig)填絲復(fù)合焊接,實(shí)現(xiàn)了厚度超過10mm的不銹鋼對(duì)接焊,并對(duì)接頭的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,激光焊接可以獲得焊縫成型良好,無氣孔、裂紋等缺陷的焊接接頭;焊縫組織細(xì)小,熱影響區(qū)窄,接頭顯微組織和力學(xué)性能優(yōu)良。

采用ipgylr-6000光纖激光器對(duì)寶鋼生產(chǎn)的汽車用700mpa高強(qiáng)鋼板進(jìn)行了焊接試驗(yàn),并對(duì)焊接樣品的焊接區(qū)和母材進(jìn)行顯微組織分析,結(jié)果表明焊接區(qū)域經(jīng)過激光快熱快冷后形成均勻細(xì)小的等軸晶,平均晶粒尺寸較母材細(xì)小。對(duì)焊接后樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,試樣的斷裂位置為母材,表明焊接對(duì)母材的力學(xué)性能的影響不大,可以使用光纖激光實(shí)現(xiàn)車用高強(qiáng)鋼的高質(zhì)量焊接。

探討了采用高功率nd∶yag連續(xù)激光器焊接8mm厚不銹鋼板的工藝方法及工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體,在激光功率4000w,焊接速度05m/min,焦點(diǎn)位置在工件表面下2mm處時(shí),即使兩塊厚不銹鋼板之間有03mm間隙,且存在08mm的高度差,仍可獲得滿意的焊接效果。焊縫的硬度是母材硬度的2倍。

用nd…yag脈沖激光器對(duì)0.5mm厚tc4鈦合金薄板進(jìn)行了焊接實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)了與光路同軸的機(jī)器視覺系統(tǒng),并利用高速電荷耦合器件(ccd)實(shí)時(shí)獲取焊斑圖像。通過采用輔助照明光源有效提高了焊斑成像質(zhì)量。采用基于細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法進(jìn)行焊斑邊緣提取。通過對(duì)焊斑圖像的分析可以獲得薄板穿孔或熔深不足的信息,以此作為反饋控制信號(hào)對(duì)脈沖激光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。實(shí)驗(yàn)證明,該方法可有效減少薄板穿孔和熔深不足缺陷的發(fā)生,提高tc4鈦合金薄板激光焊接的質(zhì)量。

工藝試驗(yàn)的目的是尋求相對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鋁合金激光焊接方法,為現(xiàn)代工業(yè)裝配生產(chǎn)提供新的工藝思路,促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升和成本的降低。分析了鋁合金激光焊接的工藝特性、技術(shù)難點(diǎn)和解決思路,記錄利用300w激光對(duì)鋁合金進(jìn)行單光束焊接的有關(guān)參數(shù)和焊接效果,搭建雙光束激光焊接試驗(yàn)平臺(tái),記錄較高功率雙光束和總量約500w激光分成雙光束焊接試驗(yàn)過程及有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行了激光、氬弧混合焊接試驗(yàn)。對(duì)部分焊接樣品進(jìn)行了定量分析。經(jīng)過分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進(jìn)意見。

本文將簡(jiǎn)單介紹激光焊接機(jī)理,分析和研究焊接變形產(chǎn)生危害及相關(guān)影響因素,并結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)法提出避免焊接變形的對(duì)策。

激光焊接過程產(chǎn)生的焊斑熔深和熱影響區(qū)寬度直接影響焊接質(zhì)量。激光焊接過程復(fù)雜,影響因素眾多,許多參數(shù)難以量化。本文以tc4鈦合金薄板為實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行脈沖激光焊接實(shí)驗(yàn)。利用兩個(gè)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別預(yù)測(cè)焊斑熔深和熱影響區(qū)寬度。將上述兩個(gè)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為多目標(biāo)優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù),以提高焊接熔深并減小熱影響區(qū)寬度。通過模擬退火算法尋求多目標(biāo)優(yōu)化所得的非劣解集中的最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)證明,該方法可有效平衡激光焊接過程的焊斑熔深和熱影響區(qū)寬度。

美國(guó)海軍金屬加工中心和海軍焊接中心等造船和科研機(jī)構(gòu)新近開發(fā)成功一項(xiàng)激光焊接金屬夾層復(fù)合板的新技術(shù)。因?yàn)橄冗M(jìn)的海軍船只必須減輕重量、改善戰(zhàn)斗效力和機(jī)動(dòng)性。在制造和加工技未上的進(jìn)步，使得激光焊接金屬夾層復(fù)合板在海軍船只上更加適用和經(jīng)濟(jì)可行。其設(shè)計(jì)就如同厚硬紙波紋板一樣，由兩塊金屬板與波紋狀金屬芯板通過激光焊接復(fù)合制成。

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薄鋼板的激光焊接已經(jīng)試驗(yàn)過。用搭接的形態(tài)對(duì)軋鋼板和鍍鋅鋼板兩種材料作了焊接。本研究是企圖降低多孔的嚴(yán)重程度并探討搭接處鋅蒸汽的來源。