为了解决殷瓦合金焊接中易出现的焊接缺陷问题, 研究了液化天然气(LNG)船用薄板殷瓦合金搭接焊(上下板厚度均为1.5mm)工艺参量。通过设计制造气体保护盒, 采用数值仿真分析和正交试验的方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了殷瓦合金搭接焊最优工艺参量。结果表明, 气孔缺陷在完全保护气下得到有效抑制, 殷瓦合金搭接焊的最优工艺参量为激光功率3.4kW、焊接速率1.3m/min、离焦量+20mm、激光入射角5°、激光光斑能量分布2∶1;在此最优工艺参量下, 焊缝表面呈银白色, 无气孔等缺陷, 焊缝处硬度小于母材但大于热影响区, 拉伸强度为417.16MPa, 达到母材的94.8%, 且仿真结果与试验结果误差较小, 证明了本文中所建立的仿真模型的可靠性。这一结果对殷瓦合金激光搭接焊工艺参量数据库搭建是有帮助的。

为了研究地铁车顶SUS301L不锈钢叠焊工艺中对熔宽熔深的技术需求, 运用数值模拟技术分析了各项焊接工艺参量对熔宽熔深的显著影响, 采用正交实验法则对工艺参量进行了优化设计, 取得了激光焊接SUS301L不锈钢薄板的工艺参量。结果表明, SUS301L不锈钢薄板激光焊接在激光焊接功率为1050W、焊接速率为36mm/s、离焦量为1mm、保护气体流量为25L/min时, 熔宽和下板熔深分别为1216.4μm和407.4μm;在最优工艺参量条件下, 焊缝表面呈银白色, 连续且完整, 焊缝区为等轴晶与柱状晶, 焊缝平均拉剪强度为2559.96kN;仿真结果与试验结果具有较好的一致性, 表明所建立仿真模型的正确性。该研究为后期工艺数据库的搭建提供了参考。

以2 mm厚7075-T6铝合金薄板为研究对象, 建立了低频余弦振荡扫描激光焊接传热模型, 通过数值模拟得到其焊接温度场。对比研究了焊接工艺参数对传统激光焊接和低频振荡扫描激光焊接温度场的影响规律。研究结果表明, 传统激光焊接温度场呈完全对称分布, 焊接温度呈现连续上升规律; 而低频振荡扫描激光焊接温度场则为不对称分布, 焊接温度则呈现波动上升规律; 在相同的激光功率和焊接速度下, 前者的熔池最高温度及升温速率显著大于后者。在低频振荡扫描激光焊接中, 升温速率随振荡频率和振幅的增大而降低; 熔池最高温度随振幅的增大而降低, 熔池宽度则随振幅的增大而增大。

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况，采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型，对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温度场变化的影响，并与实际焊接试验结果进行了对比。结果表明，焊接温度场呈非对称分布，钢一侧的温度梯度大于铝合金一侧的温度梯度；随着焊接速率的增大，热源中心的最高温度会逐渐降低，焊接熔池的熔宽也会随之逐渐变小。模拟的焊缝形状与实际焊接实验得到的焊缝截面的熔合线基本一致，熔池熔宽的模拟结果与实验结果误差在5%以内，验证了模拟结果的准确性。

为了优化激光辅助加热搅拌摩擦焊接工艺、为焊接实验提供理论依据，采用数值模拟的方法，进行了Q235钢激光辅助加热搅拌摩擦焊3维流场模拟仿真。模拟分析了粘塑性材料的流动行为及热量传递过程，获得了被焊材料的流动场及温度场分布。结果表明，在焊接过程中，被焊材料主要是由后退侧向前进侧流动；激光功率为800W、焊接速率为23.5mm/min、转速由750r/min增加至1180r/min的过程中，被焊材料的流动性变好，最高温度升高，但未超过钢的熔点，与实际实验过程中钢未熔化一致。激光作为辅助热源，为焊接过程提供热量输入，可改善焊接材料的流动性。

激光电弧复合焊接技术充分集成了激光焊接和电弧焊接两种工艺的优点,是一种新型优质的焊接技术,具有良好的工业应用前景。介绍了激光电弧复合焊接的特点和激光与电弧的相互作用机制;总结了常见激光电弧复合焊接技术的研究进展;最后对激光电弧复合焊接技术在汽车车身制造中的应用情况进行了概述。

为了实现车用铝/钢异种金属良好连接, 采用光纤激光对车用铝合金与镀锌钢对接接头进行了激光深熔填丝钎焊工艺试验, 并对焊缝接头的成形、界面金属间化合物层, 以及力学性能进行了分析。结果表明, 铝合金一侧是激光深熔焊接接头, 而镀锌钢一侧是钎焊接头; 在镀锌钢与钎焊缝中间界面存在金属间化合物层, 厚度小于10μm; 金属间化合物主要为Al7.2Fe2Si和(Al,Si)13Fe4; 拉伸试样主要断裂于铝合金热影响区处, 平均抗拉强度为145MPa; 接头的断裂方式主要是韧窝断裂。

在铝合金激光搭接焊中，镁元素烧损将大大降低焊缝的抗拉强度。为了消除铝合金激光搭接焊中镁元素的烧损对焊接接头的负面影响，采用在铝合金激光焊接接头中填加镁粉的方法，研究焊接速率对镁元素烧损的影响。实验中，测量了焊缝中镁元素在垂直和水平方向的分布，并对焊接接头抗拉强度进行了测试；分析了焊接接头中镁含量和抗拉强度之间的关系，比较了填镁量不同时各焊接接头的抗拉强度。结果表明，镁元素的烧损极大地影响了焊缝的抗拉强度，在激光焊接中填镁能有效地提高焊缝的抗拉强度；相比没填镁，填镁的焊接接头抗拉强度最大改善可以达到3606%；当焊缝中镁元素的质量分数大约是0026时,抗拉强度强度达到最大值。这为改善铝合金激光焊接接头强度提供了新的理论依据和方法。

为了研究铝合金激光焊接过程中镁元素的蒸发烧损, 采用特殊设计的实验装置采集了激光深熔焊接5052铝合金过程中孔内等离子体的光谱信号, 并用电子探针显微分析仪检测了焊缝中的镁元素。发现激光焊接工艺参量对工件表面的镁元素等离子体信号强度的影响很大, 小孔中各位置的光谱强度是变化的, 在小孔的径向方向MgⅠ的相对强度逐渐减小, 而在小孔的深度方向先增加后降低; 焊缝区镁元素含量的变化趋势与光谱强度的变化趋势相反。结果表明, 采用光谱仪能够监测激光焊接铝合金过程中镁元素的烧损; 小孔中不同位置处镁元素的烧损主要由各位置吸收的激光能量决定, 材料吸收的激光能量越高, 镁元素的烧损越大。

针对车用5052铝合金进行了高功率光纤激光搭接深熔焊试验研究,分析了光纤激光焊接的主要影响因素,并对接头组织和力学性能进行了测试。通过对车用铝合金光纤激光焊接特性的分析得出,传输光路的光纤芯径、板间间隙的大小、保护气体的种类和保护方式等对搭接接头形貌有着重要的影响。采用高功率光纤激光焊接时,速度快,熔池及热影响区(HAZ)窄。在适宜的焊接工艺参数下,光纤激光焊接接头上、下表面焊缝形貌平整连续;焊缝区显微硬度高于母材;接头抗拉伸强度高于抗拉剪强度,断口出现在搭接焊缝一侧的热影响区内,断口以韧窝形貌为主,属于以韧性断裂为主、脆性断裂为辅的混合断裂。