激光深熔焊接
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-01-21
激光深熔焊接的視頻教程
3D打印仿真分析（Python實現(xiàn)多個step、生死單元，適用于焊接仿真、激光同軸送粉、激光熔覆）
ABAQUS 3D打印仿真分析 涉及3D打印基板、打印件建模，Python實現(xiàn)多個分析步step設(shè)置，Python實現(xiàn)生死單元設(shè)置，DFLUX熱源子程序設(shè)置 適用于激光同軸送粉、激光熔覆、激光近凈成形LENS、焊接仿真
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繞圓柱路徑的激光焊接/熔覆/修復(fù)案例講解
纏繞圓柱體路徑的高斯移動熱源熔覆案例，詳細(xì)講解了如何快速制作繞圓柱的“生死單元”模型，通過加載APDL和生死單元設(shè)置對圓柱管進(jìn)行修復(fù)仿真。 課程分為兩節(jié)。 第1節(jié)主要講解如何快速地進(jìn)行繞圓柱熔覆的生死單元建模； 第2節(jié)主要講解在workbench中，對纏繞圓柱路徑的激光熔覆仿真進(jìn)行詳細(xì)講解。
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激光深熔焊接的實例教程
上述過程的所有這一切發(fā)生得如此快，使焊接速度很容易達(dá)到每分鐘數(shù)米。
2
激光深熔焊接的主要工藝參數(shù)
激光功率
激光焊接中存在一個激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦達(dá)到或超過此值，熔深會大幅度提高。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過閾值（與材料有關(guān)），等離子體才會產(chǎn)生，這標(biāo)志著穩(wěn)定深熔焊的進(jìn)行。如果激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生表面熔化，也即焊接以穩(wěn)定熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔形成的臨界條件附近時，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不穩(wěn)定焊接過程，導(dǎo)致熔深波動很大。激光深熔焊時，激光功率同時控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來說，對一定直徑的激光束，熔深隨著光束功率提高而增加。
光束焦斑
光束斑點大小是激光焊接的最重要變量之一，因為它決定功率密度。但對高功率激光來說，對它的測量是一個難題，盡管已經(jīng)有很多間接測量技術(shù)。
光束焦點衍射極限光斑尺寸可以根據(jù)光衍射理論計算，但由于聚焦透鏡像差的存在，實際光斑要比計算值偏大。最簡單的實測方法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過測量實踐，掌握好激光功率大小和光束作用的時間。
展開 激光焊接是利用高功率密度的激光束使材料瞬時加熱到氣化溫度而實現(xiàn)的熔化—凝固過程。由于激光光束能夠聚焦成很小尺寸的光斑，焦斑功率密度高，可進(jìn)行深熔焊接。基于激光焊接的特點，本文采用自制的1500W連續(xù)CO2激光器對車身用高強(qiáng)度鍍鋅鋼板進(jìn)行了深熔焊接工藝試驗，獲得了較好的焊接效果。
1 試驗條件及方法
采用圖1 所示的試驗布置進(jìn)行試驗。試驗所用的激光器為湖南大學(xué)自主創(chuàng)新的PHC—1500 折疊式準(zhǔn)封離型CO2激光器，輸出激光模式為TEM01，連續(xù)輸出模式，波長為10.6μm，其光束發(fā)散角（半角）α 為1mrad，焦深z為3mm，聚焦元件的焦距f為127 mm的硒化鋅透鏡，聚焦前的光束直徑為28mm，焦斑直徑約為0.42mm。焊接材料是瑞典生產(chǎn)的高強(qiáng)度鍍鋅鋼（DOGAL 800DP），原始顯微組織如圖2 所示，金相組織是鐵素體＋珠光體。試驗用工件尺寸為100mm×30mm×1.5mm，焊接接頭采用對接方式。要求工件完全焊透，焊接質(zhì)量高。
2 分析與討論
2.1 焊接工藝
激光深熔焊接的能量轉(zhuǎn)換是通過“小孔”效應(yīng)機(jī)制來完成的。在已知被焊材料及其厚度、接頭方式、聚焦光斑直徑的條件下，影響焊接質(zhì)量的主要參數(shù)是激光功率、焦點位置，保護(hù)氣體及焊接速度。
試驗時，實測焦斑直徑約為0.42mm。當(dāng)激光功率大于1.2kW時，焦斑功率密度可以達(dá)到8.7×105W/cm2以上，可以實現(xiàn)有小孔效應(yīng)的深熔焊接。試驗發(fā)現(xiàn)，氣孔數(shù)與激光功率也密切相關(guān)，隨著激光功率降低，氣孔數(shù)減少。當(dāng)焦點位于工件表面時，熔深較淺，不宜作深熔焊接。當(dāng)焦點位于工件表面以下時，工件內(nèi)部功率密度比表面高，宜形成較大熔深。使用N2作為輔助氣體，氣體通過一個內(nèi)徑為6mm，與焊接平面的夾角α 在30°左右布置的圓管供應(yīng)，氣流方向與焊接速度方向相反。
展開 改用深熔氬弧焊機(jī)后焊接工藝調(diào)整為：
方頭對接，不需要開坡口，不留間隙
焊接前清除焊接區(qū)域的表面氧化層及油污
焊道：2
第一層不需要焊絲，焊接速度320mm/min
第二層 1.0mm焊絲，焊接速度 500mm/min
備注：第二層僅起美化焊縫的作用，尤其是焊后余高和咬邊等，也可以不用，具體需要看 材質(zhì)和板厚的情況
綜合工藝成本對比如下：
手工氬弧
深熔氬弧
% 節(jié)省
坡口
V
方頭對接
耗氣量
11,20ltr
3,00 ltr
73% ?
焊前準(zhǔn)備時間
1,20 mins
40 mins
66%
焊絲消耗
7.65 kg
1.85kg
75% ?
焊接時間
120 mins
15 mins
87%
焊道
4
2
50%
拋光打磨
100 mins
50 mins
50%
深熔鎢極氬弧焊（K-TIG）與傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊相比
①K-TIG 焊接速度比傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊焊接速度快，號稱世界上最快的自動化焊接系統(tǒng)。
②關(guān)鍵是節(jié)約了焊材，節(jié)約了加工坡口的時間，節(jié)約了背部清根的時間，節(jié)約了焊接時間（手工鎢 極氬弧焊多層多道）。
展開 汽車行業(yè)中制造材料的鑄鐵焊接熔深方法占有很大的比重。比如汽車變速箱多聯(lián)齒輪,汽車的飛輪, 熔深分析系統(tǒng)汽車的各種座椅等連接器都是采用此方法.鑄鐵零件大多是加工精度高、價格昂貴的基礎(chǔ)零件，熔深檢測系統(tǒng)顯微鏡如氣缸體、氣缸蓋、變速器殼體等。焊接熔深測量儀鑄鐵零件在制造及使用過程中，焊接熔深分析儀經(jīng)常會出現(xiàn)裂紋、氣孔、損壞等情況。據(jù)統(tǒng)計，焊接熔深測量系統(tǒng)汽車在正常使用情況下，這類零件達(dá)到磨損極限時，其尺寸變化只有0.08％～0.40％，焊縫溶深度測量儀質(zhì)量損失只有0.1％～1.8％，焊縫熔深測量儀顯微鏡此時將零件報廢，無疑是非常浪費的。因此，研究和利用先進(jìn)的修理經(jīng)驗，合理地修復(fù)鑄鐵零件是十分必要地。焊接就是一種非常有效地修復(fù)鑄鐵零件的方法。
鑄鐵含炭量高、雜質(zhì)多，并具有塑性低、焊接性差、對冷卻速度敏感等特性，壓力容器焊接熔深檢測焊補(bǔ)后容易出現(xiàn)白口組織和產(chǎn)生裂紋。焊接熔深檢測技術(shù)為改善鑄鐵零件的焊補(bǔ)質(zhì)量，可采取以下方法。
1．熱焊法
焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃ ，焊接熔深檢測實例補(bǔ)焊過程中不低于400℃，焊后緩慢冷卻至室溫。采用熱焊法可有效減小焊接接頭的溫差，焊接熔深缺陷分析從而減小應(yīng)力，同時還可以改善鑄件的塑性，防止出現(xiàn)白口組織和裂紋。
常用的焊接方法是氣焊和焊條電弧焊。焊接熔深檢測儀氣焊常用鑄鐵氣焊絲，如HS401或HS402，配用焊劑CJ201，以去除氧化物。鍋爐焊接熔深分析氣焊預(yù)熱方法適于補(bǔ)焊中小型薄壁零件。焊條電弧焊選用鑄鐵芯鑄鐵焊條Z248或鋼芯鑄鐵焊條Z208，焊接熔深尺寸檢驗測量此法主要用于補(bǔ)焊厚度較大(大于10mm ) 的鑄鐵零件溶深檢測系統(tǒng)。熱焊法的焊接設(shè)備主要有加熱爐、焊炬、壓力容器焊接熔深測量電爐(油爐或地爐)等，
2．冷焊法
此方法是焊前不對工件進(jìn)行預(yù)熱，焊接的對接接頭熔深檢測或預(yù)熱溫度不超過300℃。
展開 材質(zhì)：14CrMo耐高溫鋼
板厚：12mm
組對形式：方形對接，不留間隙
焊接工藝：深熔tig,不加絲
正面成型效果
背部成型效果
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激光深熔焊接的最新內(nèi)容
這是一個增材制造的教學(xué)案例(適用于3D打印、激光熔覆、焊接等領(lǐng)域)。聲明:本cae文件為abaqus2016版本，所以僅適用于2016及以上的版本，但是在最后的壓縮包中添加了inp文件，inp文件不受版本限制，同時python腳本文件及for熱源子程序文件不受版本限制。
案例分為四種掃描方式:
1.單向掃描 2.雙向掃描 3.基于單向掃描的優(yōu)化 4.基于雙向掃描的優(yōu)化
這是一個增材制造的教學(xué)案例(適用于3D打印、激光熔覆、焊接等領(lǐng)域)。
聲明:本cae文件為abagus2016版本，所以僅適用于2016及以上的版本，但是在最后的壓縮包中添加了inp文件，inp文件、for熱源子程序不受版本限制。
這只是一個demo，所有的技術(shù)是都有展示的，只是模型精度比較差。型中的生死單元控制是利用GUI界面設(shè)置的，對于簡單的增材制造模擬可能會滿足要求，但是針對需要進(jìn)行多次生死單元轉(zhuǎn)換的模型
▲對焊接件進(jìn)行點焊固定
▲進(jìn)行連續(xù)激光焊接
激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm為熱傳導(dǎo)焊，此時熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于10~10 W/cm時，金屬表面受熱作用下凹成"孔穴"，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點。
▲對焊接件進(jìn)行點焊固定
▲進(jìn)行連續(xù)激光焊接
激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。
用于齒輪焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接機(jī)主要涉及激光深熔焊接。下面重點介紹激光深熔焊接的原理。
激光深熔焊接一般采用連續(xù)激光光束完成材料的連接，其冶金物理過程與電子束焊接極為相似，即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過“小孔”（Key-hole）結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔。
▲對焊接件進(jìn)行點焊固定
▲進(jìn)行連續(xù)激光焊接
激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。
功率密度小于10~10 W/cm為熱傳導(dǎo)焊，此時熔深淺、焊接速度慢；
功率密度大于10~10 W/cm時，金屬表面受熱作用下凹成"孔穴"，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點。
圖7 高硬度微小型零件激光表面熔覆
圖8 高壓油泵凸輪軸激光熔覆梯度耐磨涂層
3、激光焊接技術(shù)方向
針對帶擋板齒圈機(jī)械加工難以成形的問題，采用擋板與齒圈分別加工制造，并利用高能激光束對異種鋼進(jìn)行焊接，實現(xiàn)了異種鋼精密齒圈激光深熔焊接（如圖9所示）。
K-TIG（Keyhole TIG Welding），也叫小孔 TIG 焊，它是在傳統(tǒng) TIG 的基礎(chǔ)上，通過大電流（>300A）形成的較大電弧壓力與熔池的液態(tài)表面金屬張力實現(xiàn)相對的平衡，形成小孔而實現(xiàn)深熔焊的焊接方法。它和等離子電弧有相似之處，但和等離子實質(zhì)還不一樣，它是靠自然狀態(tài)（非壓縮電弧）在母材兩個面的連接處逐漸的割出一個小孔，然后再結(jié)合母材，而不需要填充（也不需要開坡口），節(jié)約了焊材，而對于
為什么選擇K tig 深熔氬弧工藝焊接鈦合金？
鈦及鈦合金以其密度小、比強(qiáng)度高，工作溫度范圍寬，優(yōu)良的抗蝕性而聞名，被用于許多不同的領(lǐng)域，例如食品，化工，電力，航天，核能，艦艇和許多其他工業(yè)部門。而因鈦合金物理化學(xué)特性，對其焊接時焊縫容易被氧化、氮化而發(fā)生污染現(xiàn)象，且接頭脆化敏感，因此對它進(jìn)行焊接具有很大的挑戰(zhàn)性。比較常見的焊接工藝是手工氬弧焊和等離子弧焊，但是這兩種工藝都存在比較大的不足，手工氬弧焊焊接效率低
不銹鋼以其抗腐蝕性而聞名，并被用于許多不同的領(lǐng)域，例如食品，化工，電力，低溫容器，核能和許多其他工業(yè)部門。 Keyhole TIG（K-TIG）深熔氬弧技術(shù)將傳統(tǒng)氬弧焊的高品質(zhì)和清潔度與等離子焊接工藝的穿透深度相結(jié)合。 這項專利技術(shù)是對鎢極氬弧工藝進(jìn)行廣泛而科學(xué)研究，以及電弧特性，焊池穩(wěn)定性，散熱和工藝效率方面的創(chuàng)新成果。
K TIG深熔氬弧焊擁有8倍于GTAW的穿透率，使其能夠在單道次厚度為16
