精密激光焊接在航空工程的应用研究(6)

合金的时间为0.04s 时，整个热影响区内的合金保持了非晶特性。

（3）由于块体非晶合金具有很强的抑制晶粒长大能力，使得柱状晶组织在焊缝内得不到充分的长大，随着激光作用于块体非晶合金时间的减少，柱状晶尺寸也随之减小。当激光点光源作用于块体非晶合金的时间为0.08s 时，焊缝内没有发现柱状晶，在热影响区和焊缝的交界处存在着半熔化的晶粒；当作用时间为0.06s 时，熔合区也从接头中消失。

由于DSC 的最大加热速率为500K/min，而当前大部分块体非晶合金的临界加热速率均大于500K/min，因此，目前块体非晶合金的连续加热相变曲线（CHT）的求解具有一定的难度。本文首次利用热影响区和母材交界处的临界位置处的热循环曲线与该合金的CHT 相切这一关系，采用了一种切实可行的方法求解块体非晶合金的CHT，解决了块体非晶合金领域的一个难点。

块体非晶合金的均匀变形通常发生在较高温度范围（>0.70 Tg，Tg 为玻璃转变温度），并且其形变显示出极大的超塑特性。本文采用摩擦焊连接技术，连接具有大超冷塑性温度区间的块体非晶合金Zr65Cu12.5Al7.5Ni15，所用焊接工艺规范为：转速2500r/min，摩擦时间0.5s，摩擦压力100MPa，顶锻时间5s，顶锻压力150MPa。

分析结果显示：接触面的温度始终在该合金的晶化温度以下；微区X 射线衍射结果证实，整个接头保持了非晶特性；DSC 实验结果证实，母材和接头具有相同的热特性，因此，本文成功的实现了块体非晶合金Zr65Cu12.5Al7.5Ni15 的摩擦焊连接。

4.期刊论文 宋林森.李占国.史国权.SONG LinSen.LI ZhanGuo.SHI GuoQuan 激光焊接的温度场及焊缝残余应力分析 -长春理工大学学报2005,28(4)

激光焊接过程是一个快速不均匀的热传导过程,由于激光与材料相互作用的复杂性,使得激光焊接质量难以保证.本文根据激光焊接的特点与实际加工环境建立了激光焊接的热力学模型,利用有限元分析软件ANSYS对焊接结构的温度场及残余应力进行分析,可实现焊接结构的质量和使用性能的预测,便于工程应用.

5.学位论文 祁俊峰 全铝结构船长甲板的CO<,2>激光焊接技术研究 2008

本文以全铝结构高速船长甲板为主要应用背景,以中厚度船用铝合金长焊缝焊接为主要研究对象,针对目前全铝结构船舶长甲板焊接技术存在的诸多问题,在分析船舶工业中CO2激光加工系统应用特点及对CO2激光长焊缝焊接光学系统参数进行计算的基础上,利用SlabCO2激光器的飞行光学加工系统对4.0mm和6.0mm的5083铝合金及6.0mm的6061铝合金进行了激光焊接基础工艺和长焊缝焊接工艺的研究,并对两种船用铝合金的CO2激光焊接接头性能进行了综合评定,探讨了CO2激光焊接技术在全铝结构船舶制造工业中应用的可行性问题。采用高速摄像装置和光谱分析技术对铝合金CO2激光焊接光致等离子体行为进行了研究。

5083铝合金由于易挥发性元素Mg含量大,实现深熔焊的阈值功率要低于6061铝合金；内径为5.0mm的辅助气体喷嘴既具有良好的层流干伸长度,又能提供足够的辅助气体以稀释等离子体,且对于5083铝合金采用201/min氦气和21/min氩气的混合气体能够获得良好的焊缝表面,对于6061铝合金应采用

301/min氦气和21/min氩气的混合气体作为辅助气体。激光功率、焊接速度、送丝速度的合理匹配对焊缝成形至关重要。对于三种规格材料,采用激光扫描焊接和激光填丝焊接的方法,实现了船用铝合金中厚板长焊缝的CO2激光焊接,获得了成形美观且无明显外观缺陷的焊缝,得到了八套焊接工艺方案。 根据全铝结构船舶长甲板焊接光学系统的设计要求,利用高斯光束传输和聚焦的基本理论,分析计算了激光器光束质量、聚焦镜焦距以及材料焊接所要求的聚焦光斑最大值的设定对飞行光束光学参数的影响。对比了扩散冷却板条DC035CO2激光器和快速轴流RS200CO2激光器用于飞行光学加工系统的差别。理论上两种CO2激光器都可以用于实现大范围激光加工的飞行光学系统,但从实际系统的实现而言,光束质量较好的DC035CO2激光器比光束质量较差的RS200CO2激光器更加适用于船用铝合金长焊缝焊接的飞行光学系统。

船用铝合金厚度越小,实现长焊缝全熔透焊接所允许的聚焦光束束腰半径变化量ωivar和聚焦光束束腰位置变化量Sivar范围越大。在实验条件下,对于4mm厚的5083铝合金实现全熔透焊且焊缝表面成形较好,要求ωivar小于30μm,Sivar小于4.0mm;对于6mm厚的5083铝合金实现全熔透焊且焊缝表面成形较好,要求ωivar小于20μm,Sivar小于3.0mm;对于6mm厚的6061铝合金实现全熔透焊且焊缝表面成形较好,要求ωivar小于15μm,Sivar小于2.0mm。对于I型坡口,激光扫描焊和填丝焊所允许的最大间隙分别为0.5mm和0.7mm。由于铝合金长甲板激光焊接对试样的坡口准备和装夹精度要求甚高,在实际生产过程中目前的坡口加工方式和工装夹具,无法满足激光焊接的要求,因此成为全铝结构船长甲板激光焊接技术实际应用的最大障碍。 5083铝合金激光填丝焊接头和双面焊接头拉伸强度可达到母材强度的95％,而屈服强度基本与母材的屈服强度持平,拉伸断口位于熔合线附近；6061铝合金激光填丝焊接头和双面焊接头拉伸强度可达到母材强度的82％,而屈服强度低于母材,拉伸断口沿焊缝45°对角线开裂。5083铝合金激光焊接接头经150°三点弯曲试验而不开裂,6061铝合金激光焊接接头弯曲90°沿熔合线发生开裂。5083铝合金激光焊缝冲击韧性值高于母材,而6061铝合金激光焊缝冲击韧性值低于母材。 当激光功率超过材料深熔焊接阈值功率后,激光功率对光致等离子体温度的影响不大；激光聚焦光斑位于工件表面附近时,光致等离子体温度较大离焦情况下低；焊接速度对光致等离子体温度的影响表现为倒"U"形曲线规律,即在焊接速度较高和较低情况下,光致等离子体温度均为下降趋势；He气对光致等离子体有良好的冷却效果,对于一定内径的辅助气体喷嘴,等离子体温度随辅助气体流量呈现先增加后减小的趋势；在He气中加入Ar气会导致光致等离子体温度升高,且升高幅度随加入Ar气含量的增加而增加。光致等离子体温度位于6000±200K温度范围内时,焊缝表面成形质量普遍较好；工件表面的等离子体对焊缝的熔深没有贡献,对焊缝熔宽的影响也不明显。

对全铝结构船长甲板的激光焊接技术研究,具有重大的实际工程应用价值,同时也具有一定的理论研究价值。在工程应用方面,研究成果能够为论证CO2激光焊接技术在全铝结构船舶制造工业中应用的可行性问题提供必要的技术基础,对相关部门制定全铝结构船舶长甲板的工业激光解决方案,具有重大现实意义。在理论研究方面,研究涉及的铝合金大功率激光焊接技术、大功率激光深熔焊接小孔和等离子体行为的分析研究,对车辆、航空航天等行业铝合金的激光焊接技术具有重要指导意义。

6.期刊论文 王蔚.陈俐.赵兴科.黄继华.Wang Wei.Chen Li.Zhao Xingke.Huang Jihua 激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响 -中国激光2008,35(2)

采用Nd:YAG连续激光器对2 mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接.研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素.线能量为

59～75.6 J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3 mm时均能使厚度2 mm NiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1 mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20 L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好.通过大量工艺实验得到2 mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考.

7.学位论文 韩明娟 中国低活化马氏体钢的激光焊接研究 2009

聚变堆用结构材料是聚变能能否实现商业化应用的关键之一。由于低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)具有较低的辐照肿胀和热膨胀系数、较高的热导率等优良的热物理性能和力学性能，以及相对较为成熟的技术基础，因此被普遍认为是未来聚变示范堆和聚变动力堆的首选结构材料。中国低活化马氏体钢(CLAM)是具有中国自主知识产权的、成分及性能优化的RAFM钢。CLAM钢被定为中国设计研究的ITER试验包层模块的首选结构材料。<br>　　

CLAM钢焊接技术的解决将为其工程应用奠定基础，激光焊接由于其具有高质量、高精度、高效率等优点而被广泛应用。本文采用Nd: YAG激光器对5mm和6mm的CLAM钢板采用不同的焊接工艺参数(输出功率、焊接速度，离焦量)进行激光焊接，并对部分试样进行了回火处理。利用金相显微镜和扫描电镜观察了CLAM钢焊接接头微观组织、碳化物分布；利用硬度试验、拉伸试验和冲击试验对焊接接头的力学性能进行了研究。<br>　　

通过对不同焊接参数试样的质量对比优化了焊接工艺参数。分析了不同焊接工艺参数对焊缝和热影响区组织的影响，即焊接线能量越大，焊缝及热影响区的宽度越大，组织越粗大。通过组织分析可以看到，热处理前焊缝区主要为晶粒粗大的板条马氏体组织；热影响区为马氏体组织和少量残余奥氏体。焊接接头回火处理后得到回火马氏体组织，并有碳化物析出，碳化物形状不规则，呈短棒状，碳化物颗粒主要分布在有着密集位错线和晶胞壁等微观缺陷的马氏体板条或奥氏体晶界上，晶内碳化物分布较少。对回火处理前后焊接接头硬度的分析表明，焊件在未经回火处理的情况下，焊缝的硬度略低于母材，热影响区内硬度呈现先升后降的趋势，这主要由于在细晶区形成了均匀而细小的组织，从而使硬度值升高。回火处理后焊接接头的整体强度降低，焊缝及热影响区的硬度值均高于母材，热影响区未出现软化现象。热处理后的焊接接头在室温下的抗拉强度平均达到了688MPa，试样在母材处断裂，焊缝具有良好的强度；1/2标准冲击试样最低冲击功达到了88J，灰色的纤维区占冲击断口的绝大部分，微观形貌呈明显的韧窝状，焊缝具有良好的韧性。

8.期刊论文 高明.曾晓雁.严军.胡乾午.Gao Ming.Zeng Xiaoyan.Yan Jun.Hu Qianwu 激光-电弧复合焊接的坡口间