1 广东省科学院中乌焊接研究所 广东省现代焊接技术重点实验室，广东 广州 510650
2 华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 510641
3 广东海洋大学 电子与信息工程学院，广东 湛江 524088
钢、铝两种材料因为物理性能和化学成分上存在较大差异，导致钢铝焊接成为难点。为了得到高质量的钢/铝接头，采用7种激光扫描路径对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行搭接点焊试验。研究激光扫描路径对钢/铝接头宏观形貌、金相组织、显微硬度和剪切强度的影响。结果表明：扫描路径的变化对接头的影响较大，相比于常规焊接，摆动焊接的接头具备更好的连接质量，焊缝表面成形效果更好；钢/铝接头主要由马氏体和铁素体组成，使用激光摆动点焊的接头晶界明显，在马氏体和铁素体交界处有少量的片状珠光体，且焊缝各处的晶粒种类无较大差异，因此焊缝各处力学性能相同，减少受力后，出现应力集中的现象；摆动点焊钢/铝接头的力学性能得到提升，钢侧接头的最大显微硬度可达450 HV，是常规的1.06 倍，剪切强度为83 N/mm，是常规焊接的2.12 倍。
激光摆动焊接 焊缝成型 金相组织 显微硬度 剪切强度 laser oscillation welding weld forming metallographic organization microhardness shear strength 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210799
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院, 湛江 524088
2 广东省科学院 中乌焊接研究所, 广州 510650
3 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院, 佛山 528225
为了得到高质量的钢/铝接头, 采用激光摆动焊接的方法、使用不同的功率对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验, 研究了不同焊接功率对钢/铝接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明, 1400W~1600W的功率区间内可有效实现板材焊接; 激光功率为1400W和1500W时, 焊接接头的金相组织以马氏体为主, 当激光功率为1600W时, 接头内的铁素体增多, 马氏体减少, 焊接接头的金相组织以铁素体为主; 3种接头显微硬度的最低值和最高值分别位于焊缝中心和热影响区, 在1500W的激光功率下, 焊接接头的力学性能最好, 钢侧接头的显微硬度约高于母材显微硬度的1.7倍; 接头的最大剪切强度达到113N/mm。此研究结果应用在船舶制造领域具有较重要的意义。
激光技术 激光摆动焊接 激光功率 金相组织 显微硬度 剪切强度 laser technique laser swing welding laser power metallographic structure microhardness shear strength
1 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641
2 广东省科学院 中乌焊接研究所 广东省现代焊接技术重点实验室, 广州 510650
为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。
材料 焊接稳定性 光丝距离 熔滴过渡 光束模式 铝合金激光填丝焊接 materials welding stability the distance between laser beam and wire droplet transfer beam mode aluminum alloy laser welding with filler wire
1 广东省科学院中乌焊接研究所 中国-乌克兰材料连接与先进制造“一带一路”联合实验室 广东省现代焊接技术重点实验室，广东 广州 510650
2 北京科技大学 自动化学院 北京市工业波谱成像工程技术研究中心，北京 100083
采用光纤激光器开展了碳钢板表面锈蚀层激光清洗研究，通过白光干涉仪、光学显微镜、拉曼光谱仪等研究了激光扫描速度对锈蚀层去除质量的影响。研究表明，当激光扫描速度小于2 000 mm/s时，因光斑搭接率高，热累积效应强，试样表面出现基材熔化重凝现象，同时试样表面发生二次氧化，生成了复杂的铁的氧化物膜层，此时试样表面粗糙度最小。当激光扫描速度增加到3000 mm/s时，试样表面锈蚀层去除干净，露出金属基底本身色泽，基材表面二次氧化减弱。当线速度继续增加时，因光斑搭接率低，锈蚀层吸收的激光能量少，仅有部分锈蚀被去除，试样表面开始出现残留锈蚀层，且随着线速度的增加，残留锈蚀层和试样表面粗糙度增加。通过调节扫描速度可以获得较好的除锈效果，工艺优化后，激光功率为120 W时，除锈效率达到1.5 m2/h。
激光除锈 扫描速度 锈蚀层 表面粗糙度 laser rust removal laser scanning speed rust layer surface roughness 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210389
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院, 湛江 524088
2 广东省科学院 中乌焊接研究所, 广州 510650
3 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院, 佛山 528225
为了研究不同激光功率对摆动焊接钢/铝材料的影响, 采用大功率碟片激光器和PFO3D摆动接头相结合, 对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验。结果表明,1400W~1600W的功率区间内可有效实现板材焊接; 激光功率为1400W时, 焊接接头的金相组织为低碳马氏体, 显微硬度的最低值和最高值分别位于热影响区和焊缝中心; 随着激光功率的增加, 焊缝内的铁素体增多, 马氏体减少, 接头显微硬度的最高值和最低值分别改为热影响区和焊缝中心; 当激光功率为1400W时,焊缝抗拉强度最高为2681MPa。此研究结果在船舶制造的领域应用具有较为重要的意义。
激光技术 激光摆动焊接 激光功率 金相组织 力学性能 laser technique laser swing welding laser power metallographic structure mechanical properties
1 广东海洋大学电子与信息工程学院，广东 湛江 524088
2 广东省科学院中乌焊接研究所，广东 广州 510650
3 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东 佛山 528225
为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响，采用真空舱和大功率碟片激光器，在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明：正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中，随着离焦量的增加，焊缝表面的成形质量提升，焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散，因此当离焦量达到+4 mm 时，焊缝熔宽达到最大值，随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下，焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同，随着离焦量的增加，晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时，焊缝显微硬度提升1～2倍，在+4 mm和+8 mm的离焦量下，焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时，焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值，分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究，得出结论：使用+4～+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板，可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。
真空激光焊接 TA2工业钛 正离焦量 焊缝熔宽 金相组织 力学性能 vacuum laser welding TA2 titanium industry plus defocusing amount weld width metallographic structure mechanical property
1 广东省科学院中乌焊接研究所 中国-乌克兰材料连接与先进制造“一带一路”联合实验室 广东省现代焊接技术重点实验室， 广州50650
2 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室， 长春13001
利用飞秒激光辅助刻蚀技术，在蓝宝石表面实现了周期、占空比及高度可调的光栅结构。解决了飞秒激光加工硬脆材料时表面质量较差、碎屑堆积导致的加工精度降低和难以制备深结构的问题。蓝宝石光栅结构的粗糙度从78 nm（激光直写后）降低到了7 nm（干法刻蚀后），实现了周期为800 nm光栅，以及深宽比为4的蓝宝石微结构的制备。飞秒激光辅助刻蚀技术能够制备蓝宝石表面高平滑光栅，并对光栅各级次衍射效率进行提升。
飞秒激光 蓝宝石 湿法刻蚀 干法刻蚀 光栅 Femtosecond laser Sapphire Wet etching Dry etching Grating
1 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) 广州 510650
2 广东省现代焊接技术重点实验室, 广州 510650
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。
激光技术 激光焊接 紫铜 焊缝成形 显微组织 性能 laser technique laser welding copper weld formation microstructure properties
广东省现代焊接技术重点实验室 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东 广州510650
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%。
激光焊接 紫铜 焊缝成形 显微组织 力学性能 laser welding copper weld formation microstructure mechanical properties
1 中南大学材料科学与工程学院, 湖南 长沙 410083
2 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东 广州 510650
采用10 kW碟片激光器焊接5 mm厚的TC4钛合金, 研究了焊接参数变化对焊接接头成形的影响。实验结果表明, 在碟片激光深熔焊条件下, 离焦量的改变对焊缝成形影响较大, 焊接速度变化对焊缝成形影响较小。在不同的焊接参数下, TC4钛合金焊缝具有近“酒杯”形和近“X”形两种截面形貌。不同的焊接参数下对焊缝熔宽尺寸影响较大, 当P＝4.3 kW, v＝2.7 m/min, f＝-2 mm时可以得到最窄的熔宽, 当P＝4.3 kW, v＝2.1 m/min, f＝0 mm时可以得到较宽的熔宽。随着焊接参数的变化, 激光的热输入也随之改变, 受高温等离子体和金属蒸汽的影响, 熔宽尺寸随之改变。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数,可以对焊缝成形进行有效控制, 提高焊接接头质量。
TC4 钛合金 焊接参数 焊缝成形 TC4 titanium alloy welding parameters weld formation
