1 齐鲁工业大学（山东省科学院）机械工程学院，山东 济南 250353
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）激光研究所，山东 济南 250353
为解决高强铝合金激光增材制造过程中存在的孔洞缺陷、组织不均、晶粒粗大等难题，在摆动激光熔丝沉积的基础上引入超声能场是可行的抑制措施。搭建了超声辅助摆动激光熔丝增材制造试验平台，探究了超声功率、变幅杆压力、变幅杆输入位置对2319铝合金沉积层形貌和显微组织的影响规律并对超声工艺参数进行了优化。结果表明：变幅杆压力对沉积宏观形貌具有显著影响，随着压力的增大熔池横截面形貌逐渐趋于上宽下窄；超声参数对单道沉积层的晶粒尺寸有着明显影响，随着超声功率的增加晶粒尺寸先减小后增大，当超声功率占比（超声波发生器的输出功率占其最大输出功率的百分比）为40%时晶粒尺寸达到最小值70.9 μm。超声输入位置在熔池之后时晶粒细化效果更好，且在-10 mm处晶粒尺寸同组最低，只有80.9 μm。当变幅杆压力处于40~100 N范围内时晶粒的细化效果比较明显，晶粒尺寸在110~130 μm之间。观察多层沉积结果可知，超声的引入使得多层样品的平均晶粒尺寸降低了66.3%、增加了Al2Cu强化相的含量并且抑制了Al的滑移面生长趋势。超声在熔池中传递所产生的声流效应和空化效应是使沉积层成分均匀、缺陷减少和组织细化的主要原因。
激光技术 摆动激光 超声辅助 2319铝合金 增材制造 显微组织 中国激光
2024, 51(10): 1002315
西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室，四川 成都 610031
界面金属间化合物的厚度和种类是影响铝/钢异种材料激光熔钎焊接头性能的关键。研究了不同摆动参数下接头金属间化合物（IMCs）的厚度和种类，并进一步分析了不同摆动参数下接头的拉伸性能及断口形貌。结果表明，摆动激光可以改善铝/钢异种材料激光熔钎焊接头界面金属间化合物的厚度和相组成。未加摆动激光时，在界面形成了厚度约为8.45 μm的两层IMCs，焊缝侧IMCs为τ5-（Fe，Ni）1.8Al7.2Si，钢侧IMCs为θ-（Fe，Ni）（Al，Si）3。当激光摆动直径为2 mm、频率为30 Hz时，IMCs的分布更加连续均匀，厚度约为2.21 μm，界面层组织为τ5-（Fe，Ni）1.8Al7.2Si，最优接头线载荷为289.1 N/mm，比未加摆动激光时的接头线载荷提高了约33.9%。
激光技术 铝/钢激光熔钎焊 摆动激光 金属间化合物 力学性能 中国激光
2024, 51(12): 1202105
1 中国科学院上海光学精密机械研究所激光智能制造技术研发中心，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
采用摆动激光填丝焊接Al?Si涂层22MnB5钢，研究摆动频率对焊接接头的组织和力学性能的影响。并与常规激光自熔焊接（LW）进行对比，讨论摆动激光填丝焊接（OLFW）工艺对δ?铁素体的抑制作用。结果表明，LW焊缝表面出现下凹，而OLFW工艺能够改善焊缝成形，并降低焊缝中α?铁素体的含量。当摆动频率为200 Hz时，α?铁素体的体积分数最低（11.51%）。高含量的α?铁素体造成LW接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别降低至392 HV、1440 MPa、1.92%。与LW相比，热冲压前摆动激光填丝焊接样品2（OLFW2）焊缝中Al的平均含量（质量分数）由2.16%降低至1.38%。热冲压后OLFW2接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别提高至471 HV、1561 MPa、3.1%，分别提高了20.2%、8.4%、61.5%。焊缝中α?铁素体的形成和不均匀分布是造成LW和OLFW2接头断裂在焊缝的主要原因。
激光技术 摆动激光焊接 热成形钢 铝硅涂层 焊丝 微观组织 力学性能 中国激光
2023, 50(16): 1602106
西南交通大学材料科学与工程学院,材料先进技术教育部重点实验室,四川 成都 610031
在铝合金激光-熔化极惰性气体(MIG)复合焊过程中,摆动激光的引入会增强熔滴过渡的稳定性,有效抑制焊接过程中的飞溅,改善焊缝下部激光作用区的成形,使得试板厚度方向上焊缝的尺寸均匀性增强,焊缝的气孔缺陷大大降低。当摆动圆形直径较小(为0.2 mm)时,焊缝气孔率约为2.4%,较常规复合焊(约为7.8%)明显降低。常规激光-电弧复合焊匙孔底部熔池存在明显向下流动的趋势并产生局部涡流,此时在底部聚集的气泡逸出难度较大,因此有较多的气孔残留在焊缝中。当采用较小摆动幅度的激光时,匙孔开口尺寸增大,稳定性增强,并且在匙孔中部有较强的向下的熔池流动,使得熔池底部的气泡快速逸出熔池。
激光技术 铝合金 激光-MIG复合焊 摆动激光 气孔缺陷 中国激光
2021, 48(18): 1802002
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 南京中科煜宸激光技术有限公司, 江苏 南京 210038
3 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 山东 青岛 266111
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
采用摆动光纤激光-CMT电弧复合焊接方式对高速列车用带锁底6A01-T5铝合金型材进行焊接工艺试验。采用优化的焊接参数得到了表面成形均匀、外观无缺陷的良好接头,并对接头进行了气孔分布特征、显微组织和力学性能试验。研究结果表明:摆动激光复合焊缝成形优良,内部横、纵截面上气孔率的平均值分别为0.63%、0.06%,且以形状规则、直径小于50.0 μm的圆形气孔为主,与光束不摆动时相比,焊缝内的工艺性气孔得到了明显抑制;焊缝中心为树枝晶组织,二次枝晶明显弱化;焊缝区和热影响区的硬度值低于母材,为软化区;复合焊接接头的极限疲劳强度为105.0 MPa,抗拉强度平均值为223.19 MPa,抗拉强度达到了母材的84.22%;接头拉伸断口呈韧窝状,具有典型的韧性断裂特征。
激光技术 摆动激光 复合焊接 6A01-T5铝合金 气孔 显微组织 接头性能
1 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
2 哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室, 山东 威海 264209
铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。
焊接技术 摆动激光焊接 铝合金 不锈钢 微观组织 强度
