1 中国核工业二三建设有限公司, 核工业工程研究设计有限公司, 中核集团高效智能化焊接重点实验室, 北京 101300
2 天津大学材料科学与工程学院, 天津市现代连接技术重点实验室, 天津 300350
3 绍兴市特种设备检测院, 绍兴市特种设备智能检测与评价重点实验室, 浙江 绍兴 312071
针对ER316L不锈钢激光填丝焊过程中因送丝不稳定导致的焊缝质量问题, 提出了基于光致等离子体发射光谱诊断的在线监测方法, 构建了焊缝质量预测模型, 对实现焊接过程自适应控制和激光焊接智能化有重要意义。 为深入研究激光焊中激光与焊材的相互作用机制, 进行了激光自熔焊、 激光填丝焊试验, 同步采集了光致等离子体的光谱信息, 并与TIG焊工艺下的电弧光谱进行了对比分析。 结果表明激光自熔焊时光谱由连续谱和强度较弱的Fe Ⅰ 636.44 nm、 Cr Ⅰ 427.48 nm线谱组成; 激光填丝焊时辐射光强显著增加, 并产生大量Cr Ⅰ谱线; 电弧光谱包含大量的Ar Ⅰ、 Ar Ⅱ谱线及少量的Fe Ⅰ谱线。 根据Boltzmann作图法和Stark展宽法, 求得激光填丝焊时光致等离子体电子温度为5 024.9 K, 电子密度为2.375×1016 cm-3, 满足局部热力学平衡状态。 在此基础上, 深入探究了激光焊接质量与光谱特征参量的内在联系。 结果表明, 谱线强度和电子温度与焊缝质量有很强的相关性。 当成形良好时, Cr Ⅰ谱线强度数值较高, Fe Ⅰ谱线强度较低, 电子温度在小范围内稳态波动; 当产生偏丝缺陷时, Cr Ⅰ谱线强度较低, 而Fe Ⅰ谱线强度较高, 电子温度急剧变化。 以平滑去噪处理后的Cr Ⅰ 529.83 nm谱线强度、 Fe Ⅰ 636.44 nm谱线强度和电子温度为输入, 构建单隐含层神经网络焊缝质量分类模型, 识别成形良好和偏丝缺陷两种状态, 测试10次的平均准确率为88%。 采用t分布随机邻域嵌入算法对光谱数据进行维数约简, 以得到的3维嵌入向量为输入特征, 采用同样的神经网络结构进行焊缝质量模式识别, 平均准确率为97%。 结果表明, 对光谱数据进行降维处理得到的特征包含了线谱和连续谱信息, 比人为选取的特征线谱更能准确表征焊缝质量。
激光填丝焊 光谱诊断 特征提取 机器学习 预测模型 Laser wire filling welding Spectral diagnosis Feature extraction Machine learning Prediction model 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1927
1 火箭军工程大学 导弹工程学院，陕西 西安 710025
2 广州理工学院 智能制造与电气工程学院，广东 广州 510850
铝锂合金以其质轻、高强、耐腐蚀等优势成为新一代航空航天应用材料，与其他铝锂合金相比，2195-T8铝锂合金焊接性能最优。基于液体火箭贮箱连接处的焊接需求，采用激光填丝双面焊接可以获得质量较好的接头。针对焊接过程中熔池内流体流动与温度的变化，建立了热-流耦合数学模型，通过数值模拟的方法对2195-T8铝锂合金焊接过程进行了研究，而后开展了接头轴向拉伸强度测试实验，阐明了焊接速度与填丝速度对熔池成形、流动与热输入的影响，并得到了不同焊接工艺参数下的最高接头强度。研究结果表明：4组不同焊接工艺参数下，第一面焊接与第二面焊接的熔池内流体流动趋势基本一致，主要为熔池左侧的顺时针涡流与右侧的逆时针涡流；提高焊接速度或填丝速度可以改善熔池成形质量，降低熔池热输入，细化焊缝熔合区中以柱状晶为代表的晶粒，进而有效提升接头力学性能；通过对4组不同焊接工艺参数的数值模拟与实验结果进行对比分析，最终得到熔池成形质量最好、热输入最小的焊缝，其接头轴向拉伸强度高达426.4 MPa，为母材强度的72.6%，对应的焊接速度与填丝速度分别为50 cm/min、1.8 m/min。
2195铝锂合金 激光填丝双面焊接 熔池 接头强度 2195 Al-Li alloy laser wire filling double-sided welding molten pool joint strength 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220350
长春汽车工业高等专科学校汽车运用学院，吉林 长春 130013
试验采用激光填丝焊接方法对低合金高强钢进行焊接，利用高速摄像研究了激光功率、送丝速度和离焦量等工艺参数对焊接过程稳定性的影响，并以优化的工艺参数获得了良好的焊接接头。结果表明：减小激光功率或增加送丝速度都能降低气孔率；当离焦量为0 mm时，气孔率最低。焊接稳定性依赖于熔滴过渡模式，当熔滴过渡模式为液桥过渡时，激光填丝焊接稳定性得到改善。激光填丝焊接接头的丝材熔化区为奥氏体和马氏体双相组织，激光作用区为马氏体单相组织，激光区显微硬度高于丝材熔化区。
激光填丝焊 低合金高强钢 熔滴过渡 微观组织 laser wire filling welding low alloy high strength steel droplet transfer microstructure
1 上海核工程研究设计院有限公司, 上海200233
2 北京石油化工学院机械工程学院 北京 102617
水下原貌修复是核电厂乏燃料水池和内置换料水箱修复的优选方案之一。采用第三代核电站乏燃料水池用S32101双相不锈钢母材以及ER2209不锈钢焊丝, 进行了V形坡口激光填丝焊接修复工艺的试验探索, 并对焊缝性能进行了综合检测, 主要结论包括：激光填丝焊接+激光再热的复合焊接工艺可以获得外观良好的焊缝成形, 焊缝组织主要由铁素体及奥氏体构成; 参照核电建造标准, 焊缝的室温拉伸、高温拉伸、低温冲击、铁素体含量和耐晶间腐蚀性能均满足要求。研究结论为核电厂乏燃料水池和内置换料水箱的水下焊接工艺研究奠定了良好基础。
S32101双相不锈钢 V形坡口 激光填丝焊接 焊缝性能检测 S32101 duplex stainless steel V-groove laser wire filling welding weld performance test
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 航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司, 陕西 西安 710089
2 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 211106
以TC4钛合金焊丝为填充材料,对1.2 mm厚的TC4钛合金板材进行激光填丝焊接试验研究,以分析工艺参数对焊缝宏观成形的影响。通过开展单一变量试验,探索激光功率、焊接速度以及送丝速度对焊缝宏观成形的影响规律。同时,还对相同工艺参数、不同试板装夹间隙宽度情况下的焊缝成形情况进行研究,探讨所获得的较优工艺参数的适用情况。最终得到1.2 mm厚的TC4钛合金激光填丝焊接的较优工艺参数:激光功率为1.5 kW,焊接速度为1.2 m/min,送丝速度为2.5 m/min。此工艺参数组合下得到的焊接接头焊缝宏观成形良好,无明显外观缺陷。
激光光学 激光填丝焊接 TC4钛合金 工艺参数 宏观成形 中国激光
2021, 48(14): 1402007
1 上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与材料改性重点实验室， 上海 200240
2 高新船舶与深海开发装备协同创新中心， 上海 200240
3 沪东中华造船(集团)有限公司， 上海 200129
针对5083铝合金厚板激光焊接中易出现的未熔合倾向和气孔缺陷问题，利用光纤激光对厚度为20 mm的5083铝合金进行了超窄间隙填丝焊接试验。分析了激光功率、焊接速度和送丝速度对未熔合倾向和气孔缺陷的影响。结果表明，增加激光功率、减小焊接速度或送丝速度将会减小未熔合倾向；气孔缺陷将随激光功率和焊接速度的减小而减小，随送丝速度的增加先减小后增大。采用优化的工艺参数，即光丝间距为+1 mm、焊接速度为0.42 m/min、激光功率为3.8 kW、送丝速度为3.5 m/min、离焦量为+20 mm，实现了深度为17 mm的超窄间隙坡口的5083铝合金激光填丝焊接，焊缝无未熔合缺陷，气孔率减小至0.25%。
激光技术 5083铝合金厚板 超窄间隙 激光填丝焊接 成形缺陷
