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。

采用高速摄像仪观察了光纤激光深熔焊接羽辉的动态行为,分析了羽辉的形成原因。结果表明:羽辉可分为底部周期性摆动部分和类似于激光束聚焦形态的狭长形部分;当小孔前壁上激光致蒸发蒸气靠近小孔口时,底部周期性摆动羽辉的摆动角度最大,反之,底部周期性摆动羽辉的摆动角度最小;狭长形羽辉的强度随着离焦量的增加(或深熔小孔口直径的增大)而增大。进一步分析表明:底部周期性摆动羽辉的形成与小孔前壁表面激光致蒸发蒸气的喷发有关;底部摆动羽辉的喷发过程中存在大量微粒;狭长形羽辉的形成与底部摆动羽辉沿光束方向喷发时携带的微粒进入光束内、受激光束加热发光有关。

基于自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统, 实现不锈钢光纤激光焊接过程中搭接间隙的监测。研究发现, 当激光搭接焊接过程中出现间隙时, 对焊缝的横截面形貌影响较大, 但小孔熔深几乎不受影响。但实时监测到的光信号时域幅值及时频域上频率的分布有着明显的变化。利用相关的信号处理方法对信号进行了初步分析, 阐述了搭接间隙对光信号的影响规律及机制, 同时也为分析搭接过程中等离子体和熔池的动态行为提供了依据。

采用4 kW ROFIN光纤激光器对厚度为0.5 mm的430不锈钢进行拼焊, 利用数码显微镜、光学显微镜、维氏硬度计和万能试验机等设备研究了激光焊接工艺参数对焊缝成型、显微组织和机械性能的影响规律。结果表明, 430不锈钢薄板连续光纤激光焊工艺参数的选择应遵循大离焦、高速度和小功率的规律, 在离焦量、焊接速度和激光功率分别为＋10 mm, 4.8 m/min, 1 000 W时可获得焊缝成型良好, 热影响区小、无裂纹和气孔的焊缝, 焊缝抗拉强度优于母材, 杯突试验得出焊接接头塑性为母材的96%。

采用Roin 4 kW光纤激光器对镀锌钢和高强钢进行激光叠焊, 通过电子显微镜、光学显微镜和维氏硬度仪等, 研究不同板间间隙对焊接接头表面、截面形貌、宏观和微观缺陷、显微组织、显微硬度的影响。结果表明, 当间隙为0.1～0.2 mm时, 焊缝成形良好, 叠焊结合面宽度稳定, 焊缝质量缺陷少, 剪切强度较镀锌板母材大, 且焊缝具有优良的综合性能。镀锌钢和高强钢侧焊缝、热影响区均未出现气孔、裂纹等缺陷。镀锌钢侧焊缝组织以马氏体为主, 高强钢侧焊缝组织为板条马氏体、针状铁素体和晶界铁素体。由于镀锌钢和高强钢侧热影响区及焊缝区产生了淬火马氏体, 其显微硬度均比母材高。

采用光纤激光同轴保护焊接奥氏体不锈钢，利用激光焊接监测系统同步采集焊接过程中的光信号数据，并结合羽辉的形貌研究不同焊接条件对焊缝成形及光信号强度的影响规律。研究结果表明,光信号强度随着激光功率的增加逐渐增大。当离焦量从-6 mm变化到6 mm时，光信号强度先减小后增大。光信号变化可反映焊缝熔深的变化，可用于检测搭接间隙和焊缝位置变化引起的焊缝缺陷。通过P信号数据可判断焊接质量异常区的准确位置，焊接过程中光信号的强度同羽辉体积正相关。

在细管径侧吹气体的辅助下,对SUS 304不锈钢试样进行了光纤激光焊接，使用高速摄影设备配合背景激光光源对匙孔、熔池以及金属蒸气的行为进行了观察，并对焊缝熔深和焊缝成形进行了分析。结果表明：在激光功率、焊接速度、离焦量、喷嘴位置与角度等参数一定的情况下，焊缝熔深随着细管径侧吹气体流量的增大而增加。细管径侧吹气体可以明显打开匙孔并维持匙孔稳定性，并扩大熔池面积。气体流量大小对焊缝成形有较大影响。当无细管径侧吹气体时，飞溅较大，焊缝成形均匀；当气体流量较小时，飞溅较小，且焊缝成形均匀；当气流量过大时，飞溅较小，但焊缝成形较差。

在不同气压的高纯N2、Ar及N2/Ar混合气体保护条件下, 采用光纤激光器对厚度为2 mm的奥氏体304薄板进行了焊接试验, 研究了保护气体压强、气体类型和混合比例对焊接接头形貌及力学性能的影响。结果表明, 保护气体压强越大, 焊缝熔深就越大, 但气体压强对焊缝强度和硬度无明显影响。使用N2/Ar混合气体作为保护气体时, N2在保护气体中所占比例越大, 焊缝的熔深就越大, 而且使用不同比例的保护气体得到的焊缝均呈“丁”字形; 保护气体类型及比例对焊缝强度和硬度没有显著影响, 但焊缝的强度和硬度均大于母材。

采用高功率光纤激光对3 mm厚铝合金进行焊接实验, 系统研究了离焦量对焊缝熔池形貌、熔深、熔宽、底部驼峰及深宽比、宽度比例系数的影响。结果表明, 随着离焦量的增加, 焊接模式由深熔焊转变为热导焊, 熔宽变化不明显, 底部驼峰高度和宽度比例系数降低; 用高功率光纤激光焊接时, 通过减小负离焦量或改变为正离焦的方式能降低焊缝塌陷程度与底部驼峰高度; 用较低功率光纤激光焊接时, 通过增大负离焦量或减小正离焦量的方式能增大背面熔宽。

目的：运用光纤激光焊接技术, 探索一组较优参数对断裂的纯钛可摘局部义齿支架进行激光焊接修复。方法：在制备的试件上, 使用YLS-3000光纤激光器(最大功率为3 000 W)和KUKA机器人作为铸件加工的执行机构, 采用手工编程或自动编程方式及轮廓控制方式进行精确的轨迹插补运动, 调整激光功率、扫描速度、扫描次数, 通过金相组织分析及组织纤维洛氏硬度分析得到较优工艺参数。基于此参数对断裂的纯钛义齿支架进行激光焊接修复。结果：成功完成了关于纯钛可摘局部义齿支架光纤激光焊接关键技术的研究, 并获得符合临床要求的纯钛义齿支架。结论：在利用光纤激光器焊接修复断裂的铸造纯钛可摘局部义齿过程中, 探索合适的工艺参数对焊接区形成良好的冶金结合和提高铸件的机械性能至关重要。