1 上海杭和智能科技有限公司, 上海 201100
2 上海航天精密机械研究所, 上海 201600
采用一维振荡激光对3 mm厚5A06铝合金锁底接头进行焊接, 分析振荡幅度、振荡频率、焊接速度以及离焦量对焊缝气孔率的影响。结果表明, 随着振荡幅度和离焦量的增大, 气孔率明显降低; 随着振荡频率的增大, 气孔率先降低后升高, 最佳振荡频率区间为150~250 Hz; 随着焊接速度增大, 气孔率先升高后降低; 气孔率与深宽比大致成指数式增长关系, 深宽比小于1.5时, 可将气孔率控制在5%以内。在此基础上, 得到优化工艺参数, 焊接产品模拟件, 焊缝气孔率满足相关标准Ⅰ级要求。
铝合金 锁底接头 振荡激光焊接 气孔率 匙孔 aluminum alloy bottom-locking joint beam weaving laser welding porosity rate keyhole
1 华北水利水电大学 材料学院 河南省高效特种绿色焊接国际联合实验室，河南 郑州 450045
2 河南科技大学 高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室，河南 洛阳 471023
3 中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司，浙江 宁波 315700
4 郑州轻工业大学 河南省机械装备智能制造重点实验室，河南 郑州 450002
在激光焊接中，激光光斑半径的大小直接影响激光功率密度，不同的激光功率密度对熔池流场和小孔的三维形状有影响。然而，关于激光光斑尺寸对激光熔池和小孔行为的影响的研究很少。基于Fluent软件建立了激光焊接热-流耦合模型，研究了激光光斑尺寸下激光焊接过程的匙孔三维瞬态行为及熔池流场。研究结果表明，随着光斑半径的增大，匙孔的深度明显变小。光斑半径分别为0.1 mm和0.15 mm时，焊接过程中均会出现匙孔底部闭合的情况，当光斑半径为0.2 mm时，匙孔未出现闭合的情况，匙孔的稳定性有所提高。随着光斑半径的增大，熔池最大流动速度波动相对较小，熔池尺寸逐渐增大。
激光焊接 光斑尺寸 匙孔 熔池 laser welding spot size keyhole molten pool 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220130
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
激光焊接的熔融深度即匙孔深度能够表征焊缝的结合强度，反映焊接质量。光学相干层析成像技术（OCT）能够在焊接过程中无损测量匙孔深度。但是OCT探测光束在匙孔内的多重反射会导致测量结果不能准确反映待测深度。针对该问题，采用基于偏振OCT的匙孔深度测量方法，消除多重反射光的影响，提高测量的准确性。将圆偏振光入射至待测匙孔得到OCT信号，计算出带有匙孔深度信息的附加相位差图像，利用附加相位差对信号进行筛选，去除多重反射导致的错误深度，得到待测匙孔的真实深度。使用所提方法对铝制匙孔样品进行测量，得到的匙孔深度测量误差为1.6%，而常用的百分位滤波方法的测量误差为23%。实验结果证明了所提方法的有效性。
激光技术 激光焊接 光学相干层析成像 匙孔深度 偏振 中国激光
2023, 50(20): 2002106
1 上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240
2 上海市激光制造与材料改性重点实验室，上海 200240
研究了激光功率正弦调制对AZ31镁合金焊缝熔深和工艺气孔的影响。保持激光功率恒定在1500 W，将焊接速度从3.0 m/min逐步增加到4.0 m/min，观察了匙孔周期性开闭行为，分析了不同反射次数对高反射材料匙孔能量分布的影响规律。在不同焊接速度下采用激光功率正弦调制，调制幅度为500 W，调制频率从50 Hz逐步增加至200 Hz，统计了焊缝熔深和工艺气孔率的变化趋势。试验结果表明：对于高反射材料，激光功率调制效果与匙孔内光束反射次数有关，反射次数较多的匙孔具有较大深宽比，匙孔底部累积能量高，深度变化滞后于激光功率变化，激光功率调制有助于增加熔深。激光功率正弦调制不利于镁合金匙孔稳定，50 Hz低频调制显著增加工艺气孔，调制频率为150 Hz时激光功率正弦调制对匙孔稳定性的影响较小。
激光技术 镁合金 高反射材料 深熔焊 功率调制 匙孔 中国激光
2023, 50(12): 1202103
红外与激光工程
2020, 49(6): 20200025
1 华北水利水电大学材料学院, 河南 郑州 450045
2 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
对不同尺寸的熔滴填充进入熔池后的匙孔三维形貌和熔池金属流动特性进行相应的数值模拟研究。数值模拟结果表明:熔滴在匙孔上方下落后填充进入熔池,该过程对匙孔的形态波动影响较大,熔滴尺寸较大时,匙孔深度的波动幅度较大。半径为0.9 mm的熔滴进入熔池后,匙孔前壁的液态金属由熔池上方向熔池下方流动的趋势更强烈,匙孔底部出现向下的流动趋势,该流动趋势与熔滴未滴入前的流动趋势截然相反;半径为0.6 mm的熔滴进入熔池后,匙孔前壁的液态金属流动趋势较为复杂,匙孔前壁上部出现由熔池表面向熔池下方流动的趋势,匙孔前壁中部出现由左向右的流动趋势,匙孔底部出现由熔池底部向上方流动的趋势。
激光技术 激光焊接 熔滴填充 匙孔与熔池
1 华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学无锡研究院, 江苏 无锡 214174
通过大量实验获得SUS201不锈钢高功率激光焊接完全熔透、大离焦、高速三种工况下典型接头形貌。利用GG17玻璃与SUS201不锈钢板拼合, 结合高速摄像机, 搭建了观测平台, 实现了对焊缝熔池小孔的直接观察。通过对三种工况下匙孔的动态观察, 发现熔池匙孔形态与焊缝形态高度相关。完全熔透工况下匙孔最为稳定, 为中厚板高功率激光焊接过程中较为难得的“准稳态”工况。拉伸测试表明该工况下焊缝力学性能最为优异。
激光焊接 不锈钢 匙孔观察 laser welding stainless steel keyhole observation
采用碟片激光对3 mm厚TC4钛合金锁底接头进行焊接, 通过分析气孔特征, 判断了气孔类型, 研究了脉冲激光焊、激光热导焊、激光散焦-高速焊三种方法对气孔的抑制效果。结果表明, 锁底接头焊缝中心存在大量气孔缺陷, 气孔形状不规则、尺寸较大、孔壁表面粗糙, 主要为小孔型气孔。采用脉冲激光焊, 在较低的焊接速度和合适的脉冲频率下, 可以将气孔率降至0.5%～1%; 采用激光热导焊, 焊接速度0.4 m/min, 离焦量＋15 mm, 气孔率为0%, 但焊接变形较大、易出现未焊透; 采用激光散焦-高速焊, 随着焊接速度和离焦量的增大, 气孔率明显减小, 焊接速度2～3 m/min, 离焦量＋5～＋7 mm, 气孔率在0%～0.5%, 气孔抑制的效果显著且稳定。
钛合金 锁底接头 激光焊接 气孔 匙孔 titanium bottom-locking joint laser welding porosity keyhole
西南交通大学材料科学与工程学院, 四川 成都 610031
研究了氦-氩混合保护气体对铝合金激光- MIG复合焊熔滴过渡行为及焊缝气孔缺陷的影响,结合焊接过程中匙孔的动态特征,分析了气孔缺陷得到抑制的原因。结果表明,采用氦-氩混合保护气体时,焊接过程匙孔更加稳定,焊缝气孔率得到有效降低。当氦-氩混合保护气体中氦气体积分数为50%时,熔滴过渡形式由射滴过渡转变为短路过渡,焊缝气孔率约为1.0%,相比于纯氩气保护时降低了80%;继续增加氦气,对气孔的抑制并无显著效果。纯氦气时,焊接过程中产生大量飞溅,焊缝表面成形差。
激光技术 氦-氩保护气体 激光-MIG复合焊接 熔滴 匙孔 气孔 中国激光
2018, 45(12): 1202005
1 江汉大学光电化学材料与器件教育部重点实验室,湖北 武汉 430056
2 江汉大学化学与环境工程学院,湖北 武汉 430056
3 华中科技大学机械科学与工程学院,湖北 武汉 430074
选取耐高温石英玻璃作为观测介质,试验研究了焊接速度对动态匙孔及焊缝质量的影响行为。首先,瞬态匙孔存在波动行为,其1.0、1.5 和2.0 m/min不同焊接速度下的平均深度分别为4.57、4.98和2.01 mm; 其次,随着焊接速度的增加,焊缝上宽度从2.1、1.2至 0.7 mm逐渐变窄; 进一步,1.5 m/min和2.0 m/min焊接速度下焊缝微观组织出现鳞状奥氏体; 最后,在给定的三种不同焊接速度下,焊接速度1.5 m/min情况下的匙孔动态行为更有助于获得好的焊缝形貌和可接受的微观组织。
激光焊接 匙孔动态行为 焊缝形貌 微观组织 laser welding keyhole dynamic behavior weld profile microstructure
