光束扫描和微合金化复合增强铝合金激光-电弧复合焊接头微结构与凝固裂纹抑制机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905250
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In the high-end manufacturing area, such as aerospace and high-speed trains, high-quality, high-efficiency laser-MIG hybrid welding of aluminum alloy in medium-thick structures is a great demand and research focus. However, the hybrid welds are high sensitivity to solidification cracks and the microstructure of weld is macro-segregation at high welding speed, which is hard to achieve sound weld joint. We put forward to a new idea named as oscillating laser beam-arc hybrid welding based on metal core wire with high frequency laser beam oscillator to overcome this question, which utilizes the combination of oscillating laser beam and microalloying elements to strengthen the microstructure and solidification crack resistance of aluminum alloy weld. This study aims to investigate the effects of the high frequency osicillating of laser beam on the arc characteristics, dorplet transfer and laser-arc interaction during hybrid welding, explores the effects of the combination of strong stirring induced by laser beam oscillating and microalloying elements on the complicated metallurgical behaviors, such as the heat and mass transfer of the molten pool, the migration and transition of microalloying elements, weld solidification and crystallization, etc., and subsquently discuss the relationships between the metallurgical behaviors and the joint mcirostrucutre and solidification crack formation. According to the research results, based on the composite strengthen effect of oscillating beam and microalloying, the controlling strategies for joint quality would be developed. The results obtained in this study can provide theoretical basis and technical support for high efficiency and high quality welding of aluminum alloy.
铝合金中厚板结构的高质量、高效率激光-MIG复合焊接是航空航天、高速列车等高端制造领域的重大需求和研究重点,但在较高焊接速度下其接头凝固裂纹敏感性高,焊缝组织不均匀,接头质量难以保证。本项目提出基于金属粉芯铝焊丝的振荡扫描激光-电弧复合焊接新方法,利用扫描激光束和可促进晶粒细化的微合金元素的复合作用,共同增强铝合金焊缝微观组织和凝固裂纹抗性。本项目将围绕其中的关键科学问题进行研究,揭示激光束高频振荡扫描的动态行为对电弧特性和激光-电弧相互作用的影响规律;探索在高频振荡扫描激光束驱动的熔池搅拌效应与微合金化元素的复合作用下,熔池传热传质、“微合金化”元素的迁移和过渡、焊缝凝固结晶等复杂冶金行为的变化规律,及其和微观组织与裂纹形成机制的内在关联。在此基础上,提出光束扫描和微合金化复合增强的铝合金激光-电弧复合焊接头性能调控方法,为铝合金的高效率、高质量焊接提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

围绕基于金属粉芯药芯铝焊丝的振荡扫描激光-电弧复合焊接新方法的关键科学问题开展了系统研究,制备了专用铝合金药芯焊丝,获得了优化粉芯配方,显著提高了复合焊接效率,达到了晶粒细化、抑制裂纹的预期目标,获得了高强韧性焊接接头。主要研究结果如下:(1)获得了兼具高熔深和良好焊缝表面形貌的带有稳弧剂和形核剂的多组元优化活性剂配比,具体质量分数为13.485%的SiO2,13.485%的Cr2O3,53.78%的NiO,12.35%的碳酸钾,1.9%的碳酸钠,2.5%的钛铝合金以及2.5%的锆铝合金。基于此,制备了用于激光-电弧复合焊接的专用铝合金药芯焊丝。(2)基于药芯焊丝的复合焊接效率较常规实心焊丝复合焊接显著提升,同等熔深条件下所需焊接电流下降50.6%,焊接速度提升50%,激光功率下降14%。(3)激光束扫描行为可以增强激光光致等离子体-电弧等离子体的相互作用程度,降低电弧中心区的电阻率。尤其是圆形扫描具有最强的等离子体相互作用,主要表现在激光辐照区和电弧中心区的光谱强度比无扫描复合焊接分别提升了30%和33%;电子温度分别提升了9%和8.5%;而电子密度提升主要在电弧中心区,提升幅度为43%。圆形扫描具有最强的激光-电弧等离子体相互作用,在相同扫描参量条件下,圆形扫描的熔滴过渡时间最短且直径最小,比无扫描分别减小了 44%和 47%,表现为典型的细颗粒射滴过渡模式。(4)粉芯中的“微合金化”成分起到了孕育剂作用,结合激光振荡扫描搅拌熔池的特性,焊缝微观组织得到明显细化,焊缝中凝固裂纹显著减少,促进了焊缝强韧性显著提升。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Effect of wire composition on microstructure and penetration crack of laser-cold metal transfer hybrid welded Cu and stainless steel joints
焊丝成分对激光冷金属过渡复合焊接铜与不锈钢接头显微组织和渗透裂纹的影响
  • DOI:
    10.1016/j.matchemphys.2023.127480
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Penghua Xiao;Lei Wang;Yingying Tang;Xinhui Tu;Xueyang Song;Liang Chen;Fencheng Liu;Yikun Zhang
  • 通讯作者:
    Yikun Zhang
A pathway to mitigate macrosegregation of laser-arc hybrid Al-Si welds through beam oscillation
通过光束振荡减轻激光电弧混合铝硅焊缝宏观偏析的途径
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119467
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wang Lei;Gao Ming;Hao Zhongqi
  • 通讯作者:
    Hao Zhongqi
Study of porosity suppression in oscillating laser-MIG hybrid welding of AA6082 aluminum alloy
AA6082铝合金振荡激光-MIG复合焊气孔抑制研究
  • DOI:
    10.1038/nclimate1489
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Processing Technology
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Lei Wang;Yao Liu;Chenggang Yang;Ming Gao
  • 通讯作者:
    Ming Gao
Formation Mechanism and Control of Solidification Cracking in Laser-Welded Joints of Steel/Copper Dissimilar Metals
钢/铜异种金属激光焊接接头凝固裂纹的形成机制及控制
  • DOI:
    10.3390/met12071147
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Metals
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zhongmei Gao;Yuye Yang;Lei Wang;Bin Zhou;Fei Yan
  • 通讯作者:
    Fei Yan

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其他文献

中国东南晚中生代火山沉积地层界线时代— 40 Ar/ 39 Ar年代学及磁性地层研究
  • DOI:
    10.1360/zd2010-40-11-1552
  • 发表时间:
    2010-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王非;杨列坤;王磊;沈加林;邢光福;陈荣;潘永信;朱日祥
  • 通讯作者:
    朱日祥
Enhanced Raman detection substrate based on natural biology super-hydrophobic structure surface and preparation method thereof
基于天然生物超疏水结构表面的增强拉曼检测基板及其制备方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012-12-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐彬彬;孙洪波;陈岐岱;张然;夏虹;刘学青;王磊
  • 通讯作者:
    王磊
後方散乱光による散乱係数計測の基礎的検討 ~ 血中中性脂肪の無侵襲計測をめざして ~
利用背向散射光测量散射系数的基础研究~以无创测量血液中性脂肪为目标~
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    加藤祐次.清水孝一
室傍核NUCB2/nesfatin-1ニューロンによる摂食調節.
室旁核 NUCB2/nesfatin-1 神经元对进食的调节。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    中田正範;Darambazar Gantulga;王磊;矢田俊彦
  • 通讯作者:
    矢田俊彦
膠芽腫における受容体型チロシンキナーゼEGFR, c-Met, PDGFR阻害剤耐性メカニズムの解明
阐明胶质母细胞瘤中受体酪氨酸激酶 EGFR、c-Met 和 PDGFR 抑制剂的耐药机制
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    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    津田真寿美;鈴鹿淳;王磊;田中伸哉
  • 通讯作者:
    田中伸哉

其他文献

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王磊的其他基金

面向人工神经网络的新型相变忆阻器的模型研究
  • 批准号:
    61201439
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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