长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
为研究淬火对AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊接头组织性能的影响，在AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊基础上，进行水淬热处理试验。通过分析焊接接头的微观组织、维氏硬度和元素组成，获得水淬热处理对焊接接头的影响规律。结果表明：随着淬火温度的升高，焊接接头组织中Al元素聚集含量增加，焊缝硬度降低；930 ℃时，薄板与焊缝、焊缝与厚板之间的硬度阶梯值相等，焊缝抗拉强度为908 MPa，伸长率为7.5%，提高了不等厚钢激光填丝焊接接头的力学性能。
淬火 激光填丝焊 微观组织 硬度 力学性能 quenching laser wire filling microstructure hardness mechanical property
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 盐城工学院 机械工程学院，江苏 盐城 224051
本文采用光纤激光器在不锈钢表面上制备圆形阵列结构来增强不锈钢与塑料的连接强度。研究了激光制备的圆形阵列结构参数以及连接参数对不锈钢与塑料连接强度的影响。结果表明，不锈钢表面经过激光扫描构形处理后能显著提高不锈钢与塑料的连接强度，在压力作用下，熔融塑料渗入激光构造微孔形成的机械互锁是增强不锈钢与塑料连接强度的主要机制。激光构形后不锈钢表面上的毛刺高度、数量以及覆盖率对连接接头的连接强度有重要影响。毛刺高度为10~20 μm,毛刺数量占比Tm小于14.82%时，不锈钢与塑料在连接面处断裂，剪切力随着Tm的增加而增加；当Tm值高于14.82%时，在塑料处断裂，且剪切力数值在塑料的平均拉伸断裂力(950 N)上下浮动。不锈钢与塑料连接接头断裂于塑料处时所对应的最小覆盖率为38.5%，此时剪切力为900 N。此外，激光扫描处理过程中不锈钢与塑料连接的温度与压力对连接强度有重要影响，在加热温度为400℃时，不锈钢与塑料连接接头的剪切力最强；当压力为75 kN时，不锈钢与塑料连接接头的剪切力最强。
激光加工 激光扫描构形 阵列结构 剪切力 laser processing scanning configuration array structure shear force
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通过中心复合设计方法设计试验方案, 基于响应面法建立了SPCC与65Mn异种金属激光焊接工艺参数与平均熔宽之间的数学模型, 分析了各焊接参数对焊缝平均熔宽的影响, 并对激光焊接工艺参数进行了优化。结果表明, 对平均熔宽影响最大的主效应是焊接速度, 交互效应是焊接速度与离焦量。当激光功率为3.6 kW、焊接速度为1.6 m/min、离焦量为1.2 mm时, 焊缝平均熔宽最大。在此优化工艺参数下进行试验, 平均熔宽为1.22 mm, 试验结果令人满意。
激光焊接 响应面法 参数优化 laser welding response surface methodology optimization of parameters SPCC SPCC 65Mn 65Mn
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采用SC7750LW型红外热像仪采集了激光-电弧复合焊接高氮奥氏体不锈钢的熔池表面温度, 通过Matlab数学软件建立了基于红外热像图的三维温度分布转换程序。研究了不同热输入条件下焊缝凝固速度与焊缝凝固模式的关系, 并预测焊缝形成气孔倾向。研究了焊缝温度场与焊缝熔宽之间的相关性, 获得了焊缝熔宽值与红外热图的关系, 其熔宽计算值与实际值比较吻合。
高氮钢 激光-电弧复合焊接 焊接温度场 Matlab转换 焊缝熔宽 high nitrogen steel laser-arc hybrid welding welding temperature field Matlab transformation weld width
1 长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
2 内蒙古第一机械制造集团有限公司工艺研究所, 内蒙古 包头 014032
针对6 mm厚低合金高强钢, 采用激光-MAG复合焊接方法研究了不同工艺参数时的焊缝热影响区冲击性能。结果表明, 焊缝热影响区组织主要由板条马氏体和针状铁素体组成; 随着激光功率的增加, 焊缝热影响区冲击功呈递增趋势, 当激光功率达到2.4 kW时, 其冲击吸收功增幅趋于平缓, 断裂模式以韧性断裂为主; 随着焊接电流的不断增大, 焊缝热影响区冲击功呈先增大后略降低的趋势, 当焊接电流为240 A时, 焊缝热影响区具有最佳冲击性能, 冲击断口具有明显的韧性断裂特征; 随着焊接速度的提高, 焊缝热影响区冲击吸收功呈不断增大的趋势; 当焊接速度为0.6 m/min时, 脆性断裂倾向明显, 而当焊接速度达到1.0 m/min时, 以韧性断裂为主。
激光-电弧复合焊接 高强钢 热影响区组织 冲击韧性 laser-arc hybrid welding high strength steel microstructure of heat affected zone impact toughness
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以8.0 mm厚的高氮钢板为试验材料，采用Nd: YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal Active Gas，MAG)电弧复合焊接方法，研究了单一成分活性剂(TiO2，B2O3，Cr2O3)对复合焊焊缝缺陷的影响。研究表明，在相同的工艺参数下，与无活性剂焊缝相比，活性剂TiO2，B2O3，Cr2O3均能使焊缝形貌得到改善；活性剂TiO2和Cr2O3能增加焊缝熔宽、余高，减小咬边深度，但活性剂B2O3使焊缝熔宽和余高减小，咬边深度增加。无活性剂和有活性剂的高氮钢激光-电弧复合焊焊缝熔合区的气孔数均比焊缝区的气孔数多；而活性剂的加入，增加了焊缝熔合区和焊缝区的气孔数。
活性剂 激光-电弧复合焊接 高氮钢 焊缝缺陷 surfactant laser-arc hybrid welding high nitrogen steel weld defect
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以6.0 mm厚超高强度钢板为试验材料, 进行了CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴形态的变化, 并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像, 通过试验深入研究激光功率对复合焊接过程中熔滴形态及受力状态的影响。研究表明, 激光的加入, 改变了熔滴形态尺寸和受力状态。随着激光功率的改变, 熔滴受力状态发生变化, 导致熔滴的半径随时间的上升而增加, 而熔滴脱落时的半径随激光功率的增加而先增加后减小; 激光功率对电磁收缩力影响显著, 在熔滴长大的初始时电磁收缩力方向为负, 当熔滴长大到一定程度之后, 电磁收缩力方向为正; 熔滴的过渡频率随激光功率的增加而先减小后增加。
激光-电弧复合焊接 激光功率 熔滴受力状态 熔滴过渡 laser-arc hybrid welding laser power droplet force state droplet transfer
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以一种中碳超高强度钢板为试验材料, 进行了CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接和单独MAG焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴过渡形式的变化, 并采集焊接过程中的电弧和熔滴过渡的图像, 通过采集到的图像深入分析熔滴过渡的电磁收缩力的计算。研究表明, 不同的熔滴过渡形式电磁收缩力的计算方法不同;随着焊接电流的增加, 熔滴过渡形式由大颗粒过渡变为小颗粒过渡, 减小了熔滴过渡的直径;激光的加入影响了熔滴的电磁收缩力, 通过试验分析出不同熔滴过渡形式下激光-电弧复合焊熔滴过渡的电磁收缩力的计算公式。
激光-电弧复合焊接 熔滴过渡 电磁收缩力 laser-arc hybrid welding droplet transfer electromagnetic contraction force
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采用高速摄像系统采集焊接过程中的电弧形态图像, 并利用电弧分析仪记录电弧信号, 通过试验深入研究单一成分活性剂(TiO2, B2O3, Cr2O3)对Nd：YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊电弧形态和焊缝成形的影响。研究表明, 与无活性剂作用下的激光-电弧复合焊相比, 活性剂能够降低激光对电弧的吸引作用, 并且使电弧收缩更加明显;这些活性剂都能不同程度地增加焊缝熔深和熔宽, 其中B2O3、Cr2O3可使熔深显著增加, 而TiO2增加熔深的效果并不明显, 但其熔宽增加显著。与无活性剂的电压波形相比, 活性剂作用下的电压稳定性降低, 但是电压值有所提高。
活性剂 激光-电弧复合焊接 电弧形态 焊缝成形 surfactant laser-arc hybrid welding arc shape formation of weld
