1 广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心，广东 广州 510006
2 广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心，广东 广州 510006，
3 广东精泰人防工程有限公司，广东 肇庆 526238
基于Ansys Workbench软件平台，采用热弹塑性有限元法对304不锈钢激光电弧复合焊接试验进行数值模拟，数值计算得到的残余应力及热变形结果与焊接工艺试验结果吻合。分析不同激光功率下温度场与结构场的变化，研究激光功率对复合焊接热变形及残余应力的影响。结果表明：激光功率对复合焊接的最大变形量以及残余应力峰值有影响，激光功率越大，304不锈钢最大变形量以及残余应力峰值越大。由于激光热源的能量输入比较集中，激光功率对热变形及残余应力的分布状态影响不明显。
激光电弧复合焊接 焊接热变形 数值模拟 残余应力 laser arc hybrid welding welding deformation numerical simulation residual stress
1 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
2 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
3 大族激光智能装备集团有限公司, 深圳 518103
为了解决6061铝合金在激光焊接过程中出现的易变形、变形大的问题, 采用施加超声波以辅助焊接的方法, 以1mm厚的6061铝合金薄板为研究对象展开超声波辅助激光焊接试验, 探究超声波对6061铝合金焊接变形的抑制作用; 利用单因素试验方法分析了超声波功率对焊接变形的影响规律, 设计包括超声波功率、激光功率、焊接速率、离焦量、保护气流量在内的五因素五水平正交试验, 分析了超声波功率以及常规焊接参量分别对焊接变形的影响程度, 并获得了能够得到最小变形的工艺参量组合。结果表明, 焊接变形会随着超声波功率的增加而减小, 超声波功率800W时较无超声情况下试件的挠曲变形及角变形分别减小了51.27%和51.46%; 同时, 当激光功率为1000W、焊接速率为5m/min、离焦量为+1mm、保护气流量为15L/min、超声波功率为800W时,可以获得变形最小的试件, 所得到的试件挠曲变形量为0.42mm, 角变形量为0.26mm。此研究为超声波辅助焊接在控制薄板焊接变形方面的应用提供了一定的工艺和理论参考。
激光技术 6061铝合金 超声波辅助激光焊接 焊接变形控制 laser technique 6061 aluminum alloy ultrasonic assisted laser welding welding deformation control
北京工业大学激光工程研究院高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
薄壁密集焊缝结构是航空航天、造船及轨道交通等领域的重要结构形式,光纤激光焊接是该类结构有效、可靠的加工方法。构件变形和尺寸收缩是该类构件密集焊接时面临的两个主要技术难题。采用高频随焊冲击的方法进行相关试验,分析该方法对焊缝形貌、表面应力、焊接变形及尺寸收缩的影响规律。通过搭建专用装置模拟了薄壁密集焊缝结构的焊接,将随焊高频冲击位置设置在熔池后方的高温焊缝区。试验结果表明:针对GH3128高温合金薄板,该方法可将焊缝焊后的纵向残余应力由无冲击时的均值390.9 MPa调整为116.1 MPa,减小了约70%;该方法可将构件垂直于焊缝方向的翘曲变形量降低74.5%,将沿焊缝方向的尺寸收缩降低80%;针对06Cr19Ni10材料的圆筒形薄壁构件的多道焊接试验,随焊高频冲击可将构件的尺寸收缩由无冲击时的0.95 mm减小到0.29 mm。
激光技术 光纤激光焊接 随焊高频冲击 薄壁结构 尺寸收缩 焊接变形
1 北京交通大学机械与电子控制工程学院, 北京 100044
2 中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
基于ABAQUS软件建立了考虑搭接界面接触约束的顺序耦合热-弹塑性有限元模型,研究了完全熔透和部分熔透搭接激光焊接接头的温度场、残余应力场以及焊接变形,并通过试验验证了模型的准确性。结果表明:完全熔透焊接接头由于热输入量较高,其高纵向残余应力区的范围比部分熔透焊接接头宽约30%;由于部分熔透板材对焊缝金属自由膨胀的约束强于熔透板材,故部分熔透焊接接头下板搭接界面的横向残余应力峰值(198 MPa)大于完全熔透焊接接头;部分熔透焊接接头上下表面之间的横向收缩差异明显大于完全熔透焊接接头,从而导致部分熔透焊接接头沿板厚方向的焊接变形更大。
激光技术 激光材料加工 搭接焊接接头 完全熔透和部分熔透 残余应力 焊接变形 数值模拟
分别采用气体保护焊(GMAW)和激光焊(LBW)焊接板厚为2.8 mm的Q345低合金高强钢对接接头，并测量了对接接头的面外变形。基于Abaqus软件平台，开发了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元算法。利用开发的算法计算了GMAW和LBW两种焊接方法的焊接温度场、焊接变形和残余应力。模拟温度场时，采用等密度椭球热源模拟GMAW的热输入，分别采用高斯分布锥形体热源、由等密度半椭球热源与锥形体热源组成的复合热源模拟LBW的热输入。数值模拟结果和试验结果表明，焊接2.8 mm厚的Q345钢板对接接头时，LBW产生的面外焊接变形明显小于GMAW；LBW在焊缝附近产生的纵向高拉伸应力区域范围明显小于GMAW，且两者的纵向与横向残余应力分布形态也有较大差异。此外，模拟激光焊时，虽然高斯分布锥形体热源与复合热源模型在板厚方向的热流密度分布不同，但两者产生的焊接变形差异很小，焊接残余应力分布也基本一致。数值模拟结果对两种激光热源模型并不十分敏感。
激光技术 焊接变形 残余应力 数值模拟 激光焊 气体保护焊
1 兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
2 中国钢研科技集团有限公司, 北京 100081
以316不锈钢板为对象, 研究了其光纤激光-TIG复合焊接的工艺特点, 探讨了各主要参数对焊缝成型的影响规律。结果表明, 相比单独TIG焊接, 用光纤激光-TIG复合热源焊接316不锈钢, 焊接速度能明显提高, 熔深明显增大, 而熔宽增加并不明显甚至减小。以复合焊工艺 (TIG电流120 A, 激光400 W, 焊接速度27 cm/min)对5 mm厚316不锈钢板进行对接焊, 结果显示光纤激光-TIG复合焊接316不锈钢板相比单独TIG焊接能够显著提高焊缝的抗拉强度, 使其非常接近母材, 弯曲性能也与母材一样良好, 同时焊接变形明显减小。
光纤激光-TIG复合焊 焊缝形状 力学性能 焊接变形 fiber Laser-TIG hybrid welding welding parameters weld sectional shape mechanical properties welding deformation
西安航空技术高等专科学校, 陕西 西安 710077
针对薄板焊接变形测量难的问题, 提出了一种非接触式三维光学实时测量薄板焊接变形的新方法。首先通过2个高分辨率高速数字相机从不同观察点同时拍摄物体运动的视频图像；然后运用三维重建技术, 包括共线方程、基于共面方程的像片定向、直接线性变换解法、外极线几何约束和光束平差解法等重建待测标志点的三维坐标；最后依据同名点将不同时刻薄板的变形状态关联起来, 计算出待观测点的焊接变形量, 并实时绘制显示出变形曲线。与传统方法相比, 该方法具有不受焊接温度及强烈干扰影响和实时、高效、高精度等优点。
焊接变形 非接触式三维光学测量 标志点 welding deformation non-contact three-dimension optical method targets
