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1、科技成果·學(xué)術(shù)論文激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)Laser-ArcHybridWeldingTechnology北京航空制造工程研究所朱軼峰董春林［摘要］介紹了一種激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)，闡于高能束流焊接而言，弧焊的焊接厚度與焊接速度均述了此技術(shù)的原理、設(shè)備、優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用前景。比較小，且焊縫的熱影響區(qū)比較大，焊縫具有較小的深關(guān)鍵詞：激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備應(yīng)用前景寬比。因電弧的搭橋能力比較強(qiáng)，故對(duì)焊接工件的間［ABSTRACT］AIaser-arc1ybridweIdingtec1-隙要求不嚴(yán)格，可以達(dá)到工件厚度的10%，電弧能量noIogyisintroduced.I
2、tsprincipIe，eguipment，advantages的利用率達(dá)到輸出功率的60%以上。andappIicationprospectaredescribed.激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)是一種新興的特種制Keywords：Laser-archybridweldingEguipment造技術(shù)。它是將物理性質(zhì)、能量傳輸機(jī)制截然不同的Applicationprospect兩種熱源復(fù)合在一起，同時(shí)作用于同一加工位置，既充分發(fā)揮了兩種熱源各自的優(yōu)勢(shì)，又相互彌補(bǔ)了各自的激光作為高能束流熱源吸引了越來越多工程技術(shù)不足，從而形成一種全新高效的熱源。其原理示意圖見圖
3、1［3］。人員的注意，從去年的第七屆阿亨國(guó)際焊接會(huì)議上可以看出，激光焊接已經(jīng)成為國(guó)際焊接界的關(guān)注熱點(diǎn)。采用復(fù)合熱源焊接與單熱源焊接相比，同樣工藝而激光電弧復(fù)合焊接作為其中的新興技術(shù)引起了工程參數(shù)焊接速度可提高1倍；與單獨(dú)采用激光束進(jìn)行焊界、企業(yè)界的廣泛重視，在歐美和日本先后有多家汽車接相比較，接頭熔深增大20%，而且對(duì)激光束品質(zhì)、對(duì)制造廠和造船廠斥資投入這方面的研究，并有廠家率接焊縫間隙及焊縫跟蹤精度的要求大大放寬了。與填先進(jìn)入了工程化應(yīng)用階段［1］。充焊絲激光焊接相比，即使焊縫對(duì)接根部間隙達(dá)到1mm，采用激光電弧復(fù)合熱源焊接也可以得到良好的成1原理形接
4、頭，而且可以做到相得益彰、取長(zhǎng)補(bǔ)短，即：利用電由于激光的能量密度很高（可高達(dá)107W/cm2），弧先期軟化工件表面，形成利于吸收激光能量的淺層因此激光焊接的速度快，焊接深度深，熱影響區(qū)小，可熔池，降低金屬表面的反射率，再用高能量的激光束擊以進(jìn)行精密焊接。利用聚焦良好的激光束可進(jìn)行金穿工件形成小孔，進(jìn)行高速穿孔焊接。屬、塑料以及陶瓷的焊接，并已用于印刷、精密機(jī)械等行業(yè)。采用深熔焊接技術(shù)（即穿孔焊接），大功率的激光束流一次焊接金屬材料厚度可達(dá)20mm以上，同時(shí)具有比較高的焊接速度，熱影響區(qū)比較小。由于激光束流比較細(xì)小，因此焊接時(shí)對(duì)拼接接頭的間隙要求比較高（<
5、0.10mm），熔池的搭橋能力（GapBridgingAbiIi-ty）比較差，同時(shí)由于工件表面的強(qiáng)烈反射影響了束流能量向工件的傳遞，高能激光束導(dǎo)致熔池金屬的蒸發(fā)、汽化、電離，形成光致等離子體，嚴(yán)重影響了焊接過程圖1激光電弧復(fù)合焊接原理示意圖的穩(wěn)定性，因此焊接過程中激光的實(shí)際能量利用率極Fig.1PrincipIeofIaser-arc1ybridweIdingprocess低。以CO2激光器為例，其量子效率為38%，電光效率為15%~20%，實(shí)際激光器運(yùn)行的總效率<電弧的介入，不僅可以降低金屬表面對(duì)激光束的［2］，一般認(rèn)為為激光器輸出功率的3%~30%
6、，故20%反射率，而且電弧等離子體將吸收光致等離子體，從而能源浪費(fèi)嚴(yán)重。有效地提高了激光束的能量傳輸效率，因此激光電弧而弧焊作為一種成熟的金屬連接技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)復(fù)合熱源將是鋁合金的理想焊接熱源。界得到廣泛的應(yīng)用，但由于束流能量密度的限制，相對(duì)采用激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)后，焊接速度有322002年第11期科技成果·學(xué)術(shù)論文了成倍的提高，焊接變形明顯減小，焊接能力與激光焊持平，搭橋過渡能力強(qiáng)于激光焊。同時(shí)，采用激光電弧復(fù)合焊接工藝后，測(cè)量基體金屬（BM）、熱影響區(qū)（HAZ）及融合線（FL）內(nèi)的焊縫區(qū)（WM）的硬度有明顯的下降，見圖2（圖中!為兩個(gè)熱源間的距
7、離）。圖4采用不同工藝焊接的鋁鎂合金接頭Fig.4AIMg3ointsbyusingdifferent圖2沿復(fù)合焊接焊縫橫截面硬度的變化weIdingprocessesFig.2Hardnesstraverseataright-angIetothecombinedIaserbeam2.2激光與等離子弧焊接（Laser-PAW）激光與等離子弧焊接的復(fù)合可通過兩種渠道實(shí)現(xiàn)，見圖5。2激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備2.1激光與鎢極氬弧焊（Laser-TIG）Nd：YAG，CO2激光器與鎢極氬弧焊進(jìn)行復(fù)合主要用于薄板的焊接。激光束通過光致等離子體或匙孔起到穩(wěn)定陽極斑點(diǎn)的作
8、用。圖3顯示了一個(gè)由ILT公司開發(fā)的Laser-TIG復(fù)合焊頭。圖5激光-等離子
