激光一電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用

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1、2·專題綜述·焊接技術(shù)第39卷第5期2010年5月文章編號(hào)：1002—025X(2010)05—0002—06激光一電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用袁小川，趙虎，王平平(1．山東中德設(shè)備有限公司，山東濟(jì)南250101；2．山東省冶金地質(zhì)水文勘察公司，山東濟(jì)南250101)摘要：闡述了激光一電弧復(fù)合焊接的基本原理和復(fù)合形式，歸納了幾種激光一電弧復(fù)合焊接技術(shù)的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和國內(nèi)外的研究進(jìn)展，介紹了目前國內(nèi)外激光一電弧復(fù)合焊接技術(shù)在汽車、造船、石油化工等制造業(yè)中的應(yīng)用，最后指出激光一電弧復(fù)合焊接技術(shù)有著非常廣泛的應(yīng)用前景，是今后激光焊接技術(shù)

2、的發(fā)展趨勢，激光一電弧復(fù)合焊接機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：激光一電弧復(fù)合焊接；復(fù)合形式；研究進(jìn)展；工業(yè)應(yīng)用中國分類號(hào)：TG444．73文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B協(xié)同效應(yīng)。0前言激光一電弧復(fù)合焊接的原理如圖1所示，激光與20世紀(jì)7O年代末，英國學(xué)者WMSteen等率先電弧同時(shí)作用于金屬表面同一位置。焊縫上方因激光利用TIG和CO：激光實(shí)現(xiàn)了激光一電弧復(fù)合焊。近年作用而產(chǎn)生光致等離子體云，等離子云對入射激光的來，隨著電弧焊設(shè)備和激光器性能的提高．激光一電吸收和散射會(huì)降低激光能量利用率，外加電弧后。低弧復(fù)合焊技術(shù)的發(fā)展日益加速。激光一電弧復(fù)合焊已

3、溫低密度的電弧等離子體使激光致等離子體被稀釋。成為激光焊接研究的熱點(diǎn)方向，德國、美國、日本和激光能量傳輸效率提高；同時(shí)電弧對母材進(jìn)行加熱．瑞典等國家都在該領(lǐng)域做了大量的研究實(shí)踐工作。激使母材溫度升高，母材對激光的吸收率提高，焊接熔光一電弧復(fù)合焊的應(yīng)用研究主要是針對高速薄板焊接、深增加。另外，激光熔化金屬為電弧提供自由電子，中厚鋼板焊接和銅鋁合金等高反射材料的焊接等，涉降低了電弧通道的電阻，電弧的能量利用率也提高，及的行業(yè)包括汽車、造船、航空和石油管道等。從而使總的能量利用率提高，熔深進(jìn)一步增加。激光束對電弧還有聚焦、引導(dǎo)作用，使焊接

4、過程中的電弧1激光一電弧復(fù)合焊接的提出背景、基本原理和復(fù)更加穩(wěn)定。合形式聚焦激光束由于具有高的熱源密度，使其應(yīng)用于焊接領(lǐng)域具有速度高、熱輸人小、變形小、熱影響區(qū)窄以及接頭綜合性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是，與其他流焊接熱源一樣，激光焊也有其缺點(diǎn)：設(shè)備投資大；能量利用率低；焊前的準(zhǔn)備工作要求高；高反射金屬焊接困難．接頭中容易產(chǎn)生氣孔、裂紋、咬邊等缺陷。為避免單獨(dú)激光焊接所存在的問題，研究者便提出了激光與電弧的復(fù)合，其出發(fā)點(diǎn)是利用電弧焊接的低成本、適用范圍寬等特點(diǎn)。隨后的研究成果表明，激圖1激光一電弧復(fù)臺(tái)焊接原理圖光一電弧復(fù)合熱源既綜合了上述

5、2種焊接熱源的優(yōu)點(diǎn)，又相互彌補(bǔ)了各自的不足，還產(chǎn)生了額外的能量在復(fù)合焊中。參與復(fù)合的激光包括Nd：YAG(釹：釔鋁石榴石)激光、CO激光；電弧包括TIG收稿日期：2009—12—09電弧、MIG／MAG電弧以及等離子弧，利用各種復(fù)合Weldin~TechnologicVo1．39No．5Mav2010·專題綜述·3形式焊接所得結(jié)果也不盡相同。同時(shí)根據(jù)激光、電金屬的焊接。試驗(yàn)結(jié)果表明，在無間隙接頭焊接時(shí)，弧在焊接時(shí)的空間位置不同，可將其分為旁軸和同激光一雙電弧復(fù)合熱源的焊接速度比一般的激光一MIG軸兩大類，如圖2所示。與目前常用的旁軸

6、激光一電電弧復(fù)合熱源提高33％，單位長度的能量輸人減少弧復(fù)合焊相比，激光一電弧同軸復(fù)合可以在工件表面25％，間隙裕度可達(dá)2mm，且焊接過程非常穩(wěn)定，提供對稱熱源，焊接質(zhì)量不受焊接方向影響而適于遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光一MIG電弧復(fù)合熱源的焊接能力，而且三維焊接可以更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。(4)激光一等離子弧復(fù)合焊接它具有剛性好、激光束激光束溫度高、方向性強(qiáng)、電弧引燃性好、加熱區(qū)窄等優(yōu)點(diǎn)．適用于薄板對接、鍍鋅板搭接、鈦合金、·鋁合金等高反射率和高熱導(dǎo)率材料的焊接及切割、表面合金化等。2激光一電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究進(jìn)展(a)激光一電弧旁軸復(fù)合(b)激

7、光一nGI司軸復(fù)合(c)激光一電孤同軸復(fù)合2．1激光一TIG電弧復(fù)合焊接技術(shù)圖2激光一電弧的復(fù)合方法德國JWendelftorf等人對激光一TIG電弧進(jìn)行了具體的復(fù)合形式簡述如下：研究，激光束采用0．1～1kW的低功率激光電源，激(1)激光一TIG復(fù)合焊接它是早期的一種復(fù)合光集中于工件表面的電弧根部，試驗(yàn)證明能夠明顯提焊形式，主要用于薄板金屬的焊接，尤其適合于焊接高低電流和弧長較長時(shí)間的電弧穩(wěn)定性，可以最大限高熱導(dǎo)率的金屬。可以明顯提高焊接速度，改善單一度地增加焊接速度與焊接熔透?。例如，當(dāng)CO：激光TIG焊接時(shí)效率低的狀況。此后，

8、20世紀(jì)90年代又功率為0．8kW，TIG電弧的電流為90A，焊接速度出現(xiàn)了激光與TIG同軸焊接．這種焊接方法無方向?yàn)?m／min時(shí)，可相當(dāng)5kW的CO激光焊機(jī)的焊接性，焊接過程比較穩(wěn)定，焊接速度也大大提高。而能力；當(dāng)5kW的CO：激