1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
为了研究地铁车顶SUS301L不锈钢叠焊工艺中对熔宽熔深的技术需求, 运用数值模拟技术分析了各项焊接工艺参量对熔宽熔深的显著影响, 采用正交实验法则对工艺参量进行了优化设计, 取得了激光焊接SUS301L不锈钢薄板的工艺参量。结果表明, SUS301L不锈钢薄板激光焊接在激光焊接功率为1050W、焊接速率为36mm/s、离焦量为1mm、保护气体流量为25L/min时, 熔宽和下板熔深分别为1216.4μm和407.4μm;在最优工艺参量条件下, 焊缝表面呈银白色, 连续且完整, 焊缝区为等轴晶与柱状晶, 焊缝平均拉剪强度为2559.96kN;仿真结果与试验结果具有较好的一致性, 表明所建立仿真模型的正确性。该研究为后期工艺数据库的搭建提供了参考。
激光技术 激光叠焊 正交试验 SUS301L不锈钢板 工艺参量优化 laser technique laser lap welding orthogonal test SUS301L stainless steel welding parameters optimization
1 中车长春轨道客车股份有限公司 工程技术中心工程规划发展部，吉林 长春 130000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 吉林大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130022
在超声无损检测时，搭接激光窄焊缝接头尺寸较小，采用传统6 dB法对其界面处的熔宽判定存在较大的误差。为了提高检测精度，通过研究传统6 dB法的检测误差来源，采用有限元分析方法分析了激光焊接头内部入射超声波的传播规律和反射回波特性，构建了基于修正6 dB法的激光焊接头熔宽评估模型，并通过物理实验进行了验证。研究结果表明，上板底面的一次回波幅值可作为反映接头内部结构的特征值，当探头中心对应接头内部焊缝熔合线边缘位置时，一次回波幅值的衰减度随上板板厚而变化，据此可根据上板板厚选择衰减度值对传统6 dB法进行修正，从而定量计算接头内部板层接触面处的有效熔宽。实际激光焊接头的超声检测结果证实：采用修正6 dB法求解出的激光焊接头的熔宽与物理实验结果吻合良好，对实际生产中超声检测激光焊接头的精度提升提供了参考。
激光搭接焊 超声波检测 有限元分析 修正6 dB法 laser lap welding ultrasonic testing finite element analysis modified 6 dB method
华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
为了解决镀锌钢板在激光焊接过程中由锌蒸气引发的焊接缺陷问题, 在小孔上方施加平吹辅助气流, 以维持小孔持续稳定张开并形成稳定的锌蒸气逸出通道; 研究了平吹气流量对镀锌钢板零间隙激光搭接焊缝成形质量及力学性能的影响, 通过焊接过程的实时监测和数值模拟分析了平吹气流对锌蒸气有效逸出的作用机理。结果表明, 对厚度为1 mm的DP590镀锌钢板进行零间隙激光搭接焊时, 平吹辅助气流能有效促进锌蒸气的逸出, 从而获得表面质量和力学性能较好的搭接接头。
激光技术 激光搭接焊 平吹气流 镀锌钢板 零间隙 中国激光
2017, 44(11): 1102009
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 山东 青岛 266111
2 中国科学院金属研究所, 辽宁 沈阳 110016
基于不锈钢薄板非熔透CO2激光搭接焊和光纤激光搭接焊获得的实际焊缝形状，采用表面高斯+柱状体复合热源模型，得到热源比例系数分别为0.85和0.70。对其余4个热源描述参数，包括高斯热源半径和深度、柱状热源半径和深度进行正确设置，就可以获得不同焊接功率和焊接速度下，搭接焊缝形状表征参量(表面缝宽、中间熔宽和熔深)的变化规律。模拟结果与试验结果符合很好。
激光技术 不锈钢激光搭接焊 非熔透焊接 热源模型 热源参数 焊缝形状表征参量
长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
采用高功率Nd∶YAG激光器及焊接机器人在线能量不变的情况下对0.7 mm厚304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接试验.采用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机、扫描电镜等仪器测试分析了接头组织及力学性能,研究了在线能量不变时激光功率和焊接速度的搭配对表面质量、接头组织及力学性能的影响.研究结果表明,激光功率和焊接速度的搭配对焊缝宏观形貌影响较大,激光功率和焊接速度的合理搭配是获得良好接头的关键.
奥氏体不锈钢 激光搭接 相同线能量 力学性能 laser lap welding austenitic stainless steel same heat input mechanical properties
1 北京石油化工学院机械工程学院, 北京 102617
2 唐山开元焊接自动化技术研究所有限公司, 河北 唐山 063000
针对304 不锈钢薄板进行连续激光搭接焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及焊缝性能的影响规律。结果表明：随着激光功率增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所增加；随着焊接速度的增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所降低；而在保证焊缝成形的前提下，离焦量的变化对焊缝成形质量影响较小；叠层间隙在0.6 mm 以内时，均可实现单面焊双面成形；激光焊接焊缝中心区组织为细小的等轴晶，焊缝区和母材交界处为细小的柱状晶组织，热影响区不明显。
激光搭接焊 不锈钢薄板 离焦量 叠层间隙 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 071404
1 江苏大学机械工程学院,江苏 镇江 212013
2 温州大学机电工程学院,浙江 温州 325035
3 上海团结普瑞玛激光设备有限公司,上海 201111
4 温州冠盛汽车零部件集团有限公司,浙江 温州 325006
针对短距离激光叠焊镀锌钢板易产生气孔、裂纹、凹坑等缺陷,采用上海团结普瑞玛激光设备有限公司提供的振镜扫描式激光焊接机,在叠焊开始阶段增加一段功率缓升曲线,在叠焊末端增加一段功率缓降曲线,通过设置起始功率、结束功率、作用距离等参数,对短距离镀锌钢板激光叠焊进行工艺试验。研究发现,起始阶段的功率爬升曲线有助于改善叠焊起始阶段焊缝余高过高及裂纹问题,末端的功率缓降曲线有助于改善叠焊凹坑过深及焊接裂纹问题。
激光叠焊 镀锌钢板 焊接工艺 焊缝质量 laser lap welding galvanized steel welding processes welding seam quality
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室， 湖南 长沙 410082
2 大连理工大学 材料科学与工程学院， 辽宁 大连 116024
采用CO2激光器对1.6 mm厚的B340/590DPD+Z镀锌钢板间添加不同量铜粉进行了激光搭接焊。基于光谱仪采集的焊接等离子体光信号，分析添加铜粉对焊接过程产生的等离子体光信号的影响，以及焊接气孔与等离子体光信号的关系。焊后采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对焊缝截面扫描，检测铜元素的平均含量及气孔内壁主要元素的分布变化。研究结果表明，添加铜粉较未添加铜粉激光搭接焊时，等离子体温度振荡显著降低，平均温度下降约5000 K；气孔内壁存在着铜锌固溶体合金，且焊缝中的气孔缺陷与CuI324.8 nm谱线强度存在着关联。此结果为镀锌钢添加粉末激光焊接监测提供了理论依据，并为等离子体控制技术提供了一种新的方法。
激光技术 激光搭接焊 等离子体监测 添粉 镀锌钢 气孔
中国科学院力学研究所先进制造工艺力学实验室， 北京 100190
温度场是影响激光焊接焊缝成形质量的关键因素。针对非熔透型激光搭接焊接头焊缝成“钉头”状的特点，通过分析焊接时材料吸收激光能量的分布情况，提出了高斯面热源加线性递增式柱热源的复合体热源模型。模型考虑板间接触热阻的影响，并将计算结果和试验结果进行了对比，发现模拟出的焊缝形状和试验吻合较好；此外基于本模型对焊缝各处的热循环与焊缝组织形貌及显微硬度的关系进行了分析。结果表明，焊缝组织形貌及显微硬度除与加热和冷却速率有关外，峰值温度对其也有重要影响；在热循环基本一致的情况下焊缝的性能相似。该模型较准确地模拟了薄板激光深熔焊接熔池温度场，对研究激光深熔焊接温度场问题和激光工艺参数的优化选择具有参考价值。
激光技术 激光搭接焊 数值模拟 温度场 吸收系数 热循环 接触热阻
