激光-電弧復合焊接技術(shù)其應用

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1、哈爾濱工業(yè)大學激光-電弧復合焊接技術(shù)及其應用學生：XXX學號：XXXXXX班級：XXXXXX2013年月日10摘要：結(jié)合國內(nèi)外激光-電弧復合焊的研究現(xiàn)狀，概括了激光-電弧復合焊的特點、激光電弧復合方式。介紹了激光-電弧復合焊接技術(shù)特點、闡述了此技術(shù)的原理、優(yōu)勢及其應用前景。關(guān)鍵詞：激光-電弧復合；焊接；應用激光焊接以其能量密度高、焊接速度快、變形小、熔深大和易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點而被廣泛應用于各種結(jié)構(gòu)件的焊接。但是，與其他焊接熱源一樣，激光焊也有其缺點：設(shè)備投資大，能量利用率低，焊前的準備工作要求高，接頭中易產(chǎn)生氣孔、裂紋、

2、咬邊等缺陷。為避免單獨激光焊所存在的問題，激光-電弧復合焊是最好的選擇。激光-電弧復合焊將激光焊和電弧焊兩種工藝相結(jié)合，取長補短發(fā)揮各自優(yōu)勢，不僅能獲得好的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效益，而且還能降低成本，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的焊接[1]。0背景及基本原理激光電弧復合焊接始于20世紀70年代末，由英國倫敦帝國大學學者W.M.Steen首先提出，但直到最近幾年，由于工業(yè)生產(chǎn)的需要，才逐步成為國際焊接界的關(guān)注焦點，并得到了廣泛重視。目前，作為一種新興焊接技術(shù)，在德國、日本等發(fā)達國家已先后進入了工業(yè)化應用階段。激光-電弧復合焊接的原理如圖1所示

3、，激光與電弧同時作用于金屬表面同一位置，焊縫上方因激光作用而產(chǎn)生光致等離子體云，等離子云對入射激光的吸收和散射會降低激光能量利用率，外加電弧后，低溫低密度的電弧等離子體使激光致等離子體被稀釋，激光能量傳輸效率提高；同時電弧對母材進行加熱，使母材溫度升高，母材對激光的吸收率提高，焊接熔深增加。另外，激光熔化金屬，為電弧提供自由電子，降低了電弧通道的電阻，電弧的能量利用率也提高，從而使總的能量利用率提高，熔深進一步增加[6]。激光束對電弧還有聚焦、引導作用，使焊接過程中的電弧更加穩(wěn)定[2]。10圖2.工業(yè)用復合焊炬產(chǎn)品圖1.

4、激光-電弧復合焊接原理多年的復合熱源焊接基礎(chǔ)研究，證明了激光-電弧復合焊接熱源的優(yōu)勢和工業(yè)應用的可行性，國內(nèi)外多家研究機構(gòu)和企業(yè)同時開展了專用設(shè)備的研制。哈工大的陳彥斌教授研制了一種利用空心鎢極尖端產(chǎn)生電弧，激光從空心鎢極中間穿過環(huán)狀電弧到達工件表面的CO2激光-TIG同軸復合焊炬；蘭州理工大學的樊丁與日本大阪大學的中田一博等人聯(lián)合設(shè)計YAG激光-脈沖MIG電弧復合焊炬[8]；清華大學的張旭東、陳武柱申請了激光-電弧同軸復合焊炬的專利。但國內(nèi)還沒有出現(xiàn)商業(yè)化的激光-電弧復合焊接設(shè)備。國外從事這方面的研究機構(gòu)較多，如德國的

5、Fruanhofer激光技術(shù)研究院(ILT);、英國的焊接研究所（TWI）、烏克蘭巴頓焊接研究所（Paton）、日本三菱重工等。在日本及歐美一些發(fā)達國家，由于工業(yè)上的需求，各式的實用復合焊炬已應運而生，比較著名的激光-電弧復合焊專用設(shè)備的生產(chǎn)廠家有HIGHYAG和Fronius。其典型復合焊炬產(chǎn)品如圖2所示。1激光-電弧復合熱源焊接的特點激光-電弧復合熱源焊接是將電弧與較小功率的激光配合一起從而獲得大熔深的焊接方法。它是將兩種物理性質(zhì)、能量傳輸機制截然不同的熱源復合在一起，10共同作用于工件表面，從而實現(xiàn)對工件進行加熱完

6、成焊接的過程。采用激光與電弧的復合方式可以充分地發(fā)揮兩種熱源的優(yōu)勢，彌補雙方的不足，是一種新型、優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能的焊接方法。在同等條件下，激光-電弧復合焊比單一的激光焊或電弧焊具有更強的適應性，焊縫的成型性更好。其優(yōu)點如下[3]：(1)提高了焊接接頭的適應性。由于電弧的作用降低了激光對接頭間隙的裝配精度的要求，因此可以在較大的接頭間隙下實現(xiàn)焊接。(2)增加了焊縫的熔深。在激光的作用下電弧可以到達焊縫的深處，使得熔深增加。其次由于電弧的作用會增大金屬對激光的吸收率也是熔深增大的原因。(3)改善焊縫質(zhì)量，減少焊接缺陷。激光的

7、作用使得焊縫的加熱時間變短，不易產(chǎn)生晶粒過大而且使熱影響區(qū)減小，改善焊縫組織性能。由于在電弧的作用下復合熱源能夠減緩熔池的凝固時間，使得熔池的相變充分的進行，而且有利于氣體的溢出，能夠有效地減少氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷。(4)增加焊接過程的穩(wěn)定性。由于激光的作用在熔池中會形成匙孔，它對電弧有吸引作用，從而增加了焊接的穩(wěn)定性。而且匙孔會使電弧的根部壓縮，從而增大電弧能量的利用率。(5)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。激光與電弧的相互作用會提高焊接速度，由于電弧的作用使得用較小功率的激光器就能達到很好的焊接效果，與激光焊相比可

8、以降低設(shè)備成本。2激光-電弧的復合方式激光-電弧復合熱源使用的激光器一般有CO2激光器和Nd:YAG激光器。根據(jù)激光與電弧的相對位置不同可分為[3]：同軸復合，即激光與電弧處于同軸共同作用于工件的同一位置；旁軸復合，即激光束與電弧以一定的角度共同作用于工件的同一位置。激光與電弧的旁軸復合根據(jù)不同情況又可分為激光在電弧