CO-,2-激光-電弧復(fù)合焊接工藝、機理及質(zhì)量控制規(guī)律研究.pdf

1、激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是一種將激光束與電弧集成于一體的新型焊接技術(shù)，能夠彌補單熱源焊接的不足，具有焊接熔深大、工藝穩(wěn)定性好、焊接速度快、變形小、間隙橋接能力強等優(yōu)點。近年來，該技術(shù)在發(fā)達國家受到了廣泛關(guān)注并得到了積極的研究，在汽車、石油、船舶、壓力容器等領(lǐng)域極富發(fā)展前景。但是，由于種種原因，可獲取的關(guān)鍵技術(shù)信息比較匱乏，有關(guān)激光-電弧兩種熱源之間相互作用機理的研究也非常有限，缺乏系統(tǒng)深入的研究。因此，迫切需要從基礎(chǔ)的科學(xué)問題入手，推動激

2、光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的發(fā)展。本文采用低碳鋼和不銹鋼材料從基礎(chǔ)工藝、保護氣體、熱源相互作用機理、接頭微觀組織和力學(xué)性能等方面入手，對CO2激光-TIG (tungsten inert gas)和MIG (metal inert gas)電弧復(fù)合焊接技術(shù)的工藝和機理進行了系統(tǒng)深入的研究。主要研究成果如下：
　　 ⑴構(gòu)建了一個由CO2激光器、TIG和MIG焊機、數(shù)控工作臺組成的激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，能夠方便的調(diào)節(jié)各焊接參數(shù)，并實現(xiàn)激

3、光與電弧的協(xié)同效應(yīng)。在該平臺上分別進行了激光-TIG和MIG電弧復(fù)合焊接的基礎(chǔ)工藝研究，并得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)范圍。試驗發(fā)現(xiàn)：激光和電弧能夠通過形成于激光光致等離子體和電弧之間的導(dǎo)電通道發(fā)生強烈的相互作用。同激光焊接相比，激光-MIG電弧復(fù)合焊接熔深提高60[％]，焊接速度提高170[％]；激光-TIG電弧復(fù)合焊接熔深提高44[％]。
　　 ⑵系統(tǒng)研究了激光-電弧復(fù)合焊接中氣體保護方式及成分組成的影響規(guī)律。研究證明電弧焊炬加同軸

4、噴嘴的氣體保護方式是激光-電弧復(fù)合焊接的最佳氣體保護方式；He-Ar混合氣體更適用于激光-電弧復(fù)合焊接。保護氣體通過激光與電弧等離子體相互作用、氣流方向與速度變化來改變等離子體形態(tài)(等離子體有效作用高度)是改變復(fù)合焊接熔深和工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵作用機制。
　　 ⑶提出了更全面的激光-電弧復(fù)合焊接熱源相互作用定量分析方法。引入了無量綱參數(shù)——復(fù)合焊接熔化能增量ψ來表征熱源相互作用：ψ值越大，熱源相互作用越強烈。定量分析結(jié)果和試驗現(xiàn)象能

5、夠很好的吻合，表明該方法能夠快速準確的全面反映激光、電弧之間的熱源相互作用。采用該方法進行熱源相互作用定量分析發(fā)現(xiàn)：對應(yīng)不同類型的電弧，激光-電弧復(fù)合焊接的熱源相互作用程度存在差異。該差異來自于電弧電極極性對激光光致等離子體的影響及其自身特性的不同。
　　 ⑷發(fā)現(xiàn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接接頭內(nèi)電弧區(qū)焊縫組織為垂直于熔池壁向中心生長的粗大的帶狀樹枝晶；激光區(qū)焊縫組織為靠近熔池壁垂直于熔池壁生長的柱狀樹枝晶和中心區(qū)域均勻形核的細小等

6、軸樹枝晶，且激光區(qū)具有更高的焊縫顯微硬度和更窄的熱影響區(qū)，國內(nèi)外未見有類似報道。得到了激光-電弧能量配比、坡口形式、保護氣體等焊接參數(shù)對接頭力學(xué)性能和微觀組織的影響規(guī)律，對工藝參數(shù)的選取有一定的理論指導(dǎo)意義。
　　 ⑸開展了超細晶粒鋼的激光-TIG復(fù)合焊接研究。試驗證明超細晶粒鋼的激光-TIG復(fù)合焊接接頭強度高于母材，焊縫區(qū)顯微硬度低于激光焊接，能夠避免因顯微硬度過高造成的韌性下降，有效抑制熱影響區(qū)晶粒長大傾向并避免軟化區(qū)的出現(xiàn)