为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响, 针对6mm的A7N01铝合金板, 采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式, 进行了激光-MIG复合焊接试验, 观察焊缝成形及接头微观组织, 并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口, 在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时, 焊缝表面成形良好, 底部成形连续; 接头平均抗拉强度为271MPa, 达到母材的60%; 焊缝中心硬度为85.4HV, 达到母材的78%。结果表明, 随着激光功率的提高, 焊缝熔深呈线性增大; 焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小, 余高略有增加; 焊接接头对不同坡口形式的适应性良好; 接头中热影响区晶粒粗化, 硬度降低, 熔合区晶粒为树枝晶, 易产生工艺类氢气孔, 焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。

为实现10 mm厚304不锈钢板的单道焊接成型, 采用10 kW碟片激光与MIG电弧复合的方法进行焊接, 分析了焊接速度对焊接接头成型的影响。结果表明, 焊接过程中存在的主要缺陷为底部驼峰, 焊接速度过小或者过大都会产生底部驼峰, 当焊接速度为2.4 m/min时, 焊缝底部平滑且连续, 焊缝成形良好。组织分析表明焊缝组织为奥氏体基体和3%~5%的铁素体, 铁素体形态为大量板条状与少量骨架状, 熔合区较窄, 约15 μm~25 μm; 拉伸结果表明焊接接头的力学性能低于母材, 焊接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为711 MPa、321 MPa、54%, 达到母材的92.7%、95.8%、88.5%。

为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能, 采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析, 并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明, 在高离焦量绝对值时, 易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞, 在离焦量0mm~-2mm范围内可获得成形良好的焊缝; 焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°, 靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍, 热影响区晶粒发生粗化, 且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大; 焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当, 可达母材的77.3%, 离焦量0mm~-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm~-4mm对应的接头延伸率, 可达母材的54.9%; 焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。

采用碟片激光器对5 mm厚紫铜进行激光焊接, 研究了激光焊接过程中的激光功率对焊缝成形的影响, 并研究焊接接头组织特征及力学性能。结果表明, 在激光功率4.5～9.5 kW范围内, 焊缝熔深与激光功率几乎呈线性关系; 高功率可显著减少焊接过程的飞溅及表面孔洞, 未焊透的焊缝飞溅及表面孔洞多于焊透的焊缝。焊透的焊缝横截面形貌为I型形貌, 焊缝横截面左右两侧显微组织为水平方向的柱状晶, 越靠近焊缝中间的柱状晶长度越短, 而焊缝中间显微组织为平行于厚度方向的柱状晶。接头拉伸断裂于焊缝处, 焊接接头的抗拉强度和延伸率较母材发生显著降低, 焊接接头的拉伸强度为母材的77.3%, 延伸率为母材的41.8%。

为了实现薄板材料的高功率激光扫描焊接工艺, 将高功率碟片激光与振镜结合, 在2 mm碳钢表面进行了激光扫描焊接试验, 对激光扫描焊接焊缝截面尺寸及组织进行了研究, 分析了焊接速度对熔深熔宽的影响规律, 并采用1 mm碳钢进行了搭接焊接试验。结果表明, 在激光功率5 kW, 扫描速度30 mm/s时, 可获得2 mm厚的熔深, 而随着焊接速度的增大, 焊缝熔深、深宽比逐渐减小, 焊缝熔宽变化幅度较小。搭接焊接结果表明, 激光扫描焊接能够获得良好的接头, 拉伸测试表明接头强度高于母材。

采用高功率碟片激光器焊接8 mm厚TC4钛合金, 研究了激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明, 焊缝组织为晶界明显的粗大原始β柱状晶, 晶内为针状马氏体, 随着激光功率的增加, 马氏体分布更加密集; 近焊缝侧的热影响区组织为残余α相＋针状马氏体, 近母材侧的热影响区只发生α相向β相转变。焊接接头的显微硬度从母材到焊缝呈增加趋势, 至焊缝处达到最高, 不同功率下的焊缝显微硬度相当; 8 mm厚 TC4钛合金在速度为2.7 m/min, 7.3～7.9 kW高功率工艺参数下可获得质量良好的焊缝, 焊接接头的抗拉强度、延伸率与母材相当, 断裂在母材; 在速度为2.7 m/min, 7.0 kW低功率工艺参数下, 焊缝有气孔倾向, 焊接接头的延伸率只有母材的24%, 断裂在焊缝。断在母材和焊缝的断口都呈韧窝形貌, 断在焊缝的断口韧窝数目更少。