自保护药芯焊丝激光—电弧复合热源焊接电弧稳定性的分析

以自保护药芯焊丝（414N-O）为研究对象,借助电弧分析仪和高速摄像,对不同工艺参数下激光—电弧复合热源焊接电弧稳定性进行了试验研究.结果表明,复合热源焊接过程中,激光的加入明显的减小了自保护药芯焊丝电弧作用点漂移概率,拉长了电弧空间,降低了熔滴短路过渡概率,提高了电弧稳定性;工艺参数中,光丝间距和送丝速度对平均焊接电流影响显著;电弧电压和送丝速度对平均焊接电流变异系数影响显著;激光功率对平均焊接电流的影响幅度与光丝间距和送丝速度有关,光丝间距和送丝速度越大,激光功率对平均焊接电流的影响越小;电弧电压对平均焊接电流的影响幅度与光丝间距有关,光丝间距D_LA=0 mm时,影响最显著;激光前置比激光后置更有利于平均焊接电流变异系的稳定.     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源规范参数对平板堆焊焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价复合热源平板堆焊焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd：YAG激光＋脉冲MAG复合热源堆焊过程中焊接规范参数对复合热源平板堆焊焊缝表面成形的影响并分析了激光对复合热源堆焊焊缝表面成形的影响.研究结果表明,在电弧功率变化过程中,随着激光功率的增大,其对平板堆焊焊缝表面成形的影响也逐渐增大;焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善堆焊焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度;而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源平板堆焊焊缝表面成形的影响很小.     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配. 借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究. 结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复合焊相一致,由于激光束的指向性,焊缝熔深受激光能量密度影响较大,因此焊缝熔深与激光功率呈正比,与焊接速度、离焦量的绝对值呈反比,焊接电流与光丝间距的影响不大;焊缝熔宽受电弧参数影响较大,且熔宽与熔池面积变化有一一对应关系,熔池面积变大,熔宽增加;余高与熔敷速度有关,因此焊接电流越大、焊接速度越小,余高越大.此外高能量密度激光热源的加入突出了多股绞合焊丝的自旋转特性的优势,特别是焊接电流在130 ~ 200 A范围内,随着焊接电流的增加,多股绞合焊丝的旋转频率增加,旋转特性带来的拓展焊缝宽度及对焊接气孔的抑制等优势更为明显.     

φ3.2药芯焊丝自保护堆焊工艺过程控制

对φ3.2 mm药芯焊丝自保护堆焊的短路过渡焊接工艺过程控制进行了研究。首先建立了适用于波形控制短路过渡焊接的试验研究系统,包括 IGBT逆变焊机、送丝和焊接小车控制系统以及单片机系统等。然后,试验研究了不同阶段的波形控制参数对φ3.2 mm自保护药芯焊丝的短路过渡焊接工艺过程的影响规律,并进行了参数优化。试验结果表明：通过对不同阶段焊接电流的有效控制,可以实现过程稳定、飞溅小、焊缝成形美观的短路过渡焊接,拓宽了φ 3.2 mm自保护药芯焊丝堆焊的焊接电流范围。     

3.2药芯焊丝保护堆焊工艺过程控制

对3.2mm药芯焊丝自保护堆焊的知路过渡焊接工艺过程控制进行了研究.首先建立了适用于波形控制短路过渡焊接的试验研究系统,包括IGBT逆变焊机、送丝和焊接小车控制系统以及单片机系统等.然后,试验研究了不同阶段的波形控制参数对3.2mm自保护药芯焊丝的短路过渡焊接工艺过程的影响规律,并进行了参数优化.试验结果表明.通过对不同阶段焊接电流的有效控制,可以实现过程稳定、飞溅小、焊缝成形美观的短路过渡焊接,拓宽了3.2mm自保护药芯焊接堆焊的焊接电流范围.     

Tri-arc双丝电弧焊堆焊工艺研究

采用三电弧双丝电弧焊,利用耐磨堆焊Fe-Cr-C-B系药芯焊丝作双丝,在Q235钢表面制备不同焊接工艺参数堆焊层,分析堆焊层熔合比、组织结构及耐磨性。结果表明:三电弧双丝药芯电弧焊堆焊可在较大范围调整焊接参数,获得较小的焊缝熔深、较低稀释率和较高的熔敷效率,耐磨性优异;当三电弧电流为150 A、电压30 V、焊丝伸出长度15 mm、送丝速度6 m/min、脉冲频率70 Hz时,堆焊层熔合比为0.07,堆焊层HRC为65,磨损量最小,耐磨性优良。     

万瓦级光纤激光-MAG复合焊接焊缝成形

利用平板堆焊的方法,较为系统地研究了激光功率、离焦量、热源顺序、热源间距、热源排列方式、焊接速度及焊接电流对万瓦级光纤激光-MAG电弧复合焊接焊缝成形的影响。结果表明,在较小的电流条件下,激光功率越高,离焦量对焊缝成形的影响越显著。其中激光功率为10 kW时,离焦量对焊缝成形的影响较小;当激光功率增加到20 kW后,采用负离焦时更有助于获得良好的焊缝表面成形。热源顺序及热源间距对焊缝成形的影响同样显著。在负离焦条件下,采用电弧在前的热源顺序及较大的热源间距时,获得的焊缝成形更好;而采用激光在前及较小的热源间距时,产生的飞溅较多,同时焊缝均匀性差。但是通过大幅增加焊接电流,同样能够获得相对良好的焊缝表面成形。采用负离焦及电弧在前的热源顺序时,更有助于增加焊缝熔深。     

自保护药芯焊丝焊接工艺参数的敏感性分析

自保护药芯焊丝是一种适合于野外作业的焊接材料,广泛应用于船舶、钻井平台、石油管道、集装箱等结构件焊接及修复. 采用自保护药芯焊丝在Q235钢板表面进行单层单道平板堆焊试验,运用二次回归通用旋转组合设计方法建立了电弧电压、送丝速度、焊接速度与熔宽、余高、熔高的二次回归数学模型,分析了工艺参数与熔敷几何尺寸的关系. 结果表明,该模型能够预测稳定工艺区间内工艺参数变化对熔敷层几何尺寸的影响规律;当电压较低时,送丝速度是影响熔宽和余高的主要因素,电压较高时,焊接速度是影响熔宽和余高的主要因素.     

旋摆TIG-MIG复合热源堆焊焊缝成形研究

采用自主设计旋摆TIG-MIG复合热源焊枪和φ1.2 mm的JQ. MG50-6焊丝在Q235母材上进行堆焊,研究了电流大小、旋摆速度和钨极-焊丝间距等参数对焊缝成形的影响。结果表明,当TIG电流小于MIG电流时,TIG电流的增大对熔宽、熔深的增加有促进作用,对余高作用不明显。MIG电流的增大有利于熔宽和熔深的增加,余高则略增加。随着旋摆速度的增大,熔宽减小,而余高和熔深略增加。焊丝间距在5～7 mm内增大时,熔宽增加,而余高减小,焊丝间距超过7 mm时,熔宽随着焊丝间距的增加而减少,余高则增加,而熔深一直是随着焊丝间距的增大而稍微增加。旋摆TIG-MIG方法有利于实现高熔敷率、大熔宽、小余高的焊缝成形。     

厚壁横梁管激光-MAG电弧复合焊坡口形式及工艺窗口优化研究

针对轨道车辆转向架构架常用20 mm厚壁S355J2H横梁管激光电弧复合焊工艺,从坡口形式、打底焊工艺窗口、盖面焊工艺窗口、焊接气孔抑制等方面进行了优化.结果表明:控制焊缝成形的主要因素有焊缝坡口、光丝间距和激光束离焦量等.采用钝边高度为8 mm、单边20°～25°的Y型坡口,光丝间距DLA=2～4 mm,离焦量-2～0 mm,可以获得表面成形连续的打底焊焊接接头;采用激光功率500～1000 W、电弧电流200～250 A、离焦量-2～0 mm的盖面焊工艺参数,可以获得连续一致、均匀美观,焊缝表面无裂纹、气孔等焊接缺陷的焊缝成形.实现了20 mm厚横梁管激光-MAG电弧复合焊焊接,验证了激光-MAG电弧复合焊接横梁管的可行性.     

Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源横焊工艺参数对焊缝成形的影响

以304不锈钢为对象,借助焊缝成形参数来评价YAG激光+CMT电弧复合热源横焊焊缝的成形特征,研究了Nd:YAG激光+CMT复合热源横焊过程中焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,在CMT电弧焊接中加入激光可以改善横焊焊缝成形;在激光能量和焊接电流一定时,光丝间距存在一个最佳匹配,使得Nd:YAG激光+CMT复合热源横焊焊缝成形良好;与其它复合热源焊接相对比激光功率对熔深影响较大,对横焊焊缝成形的影响程度与焊接电流有关;焊接速度对横焊焊缝成形影响显著;离焦量对横焊焊缝成形影响较小;电弧功率对横焊焊缝的偏离度影响显著.     

镁合金激光氩弧复合热源冷填丝焊接工艺

研究了镁合金的低功率激光-氩弧复合热源冷填丝焊接工艺.通过5 mm厚镁合金板材的堆焊试验,研究了焊接电流、焊接速度、钨极高度和热源距离等参数对焊缝成形和焊接熔深的影响,确定了钨极高度为0.75 mm,热源间距DLA为1.2 mm左右的焊接参数范围;在堆焊基础上,进行了2.5 mm厚镁合金板材的对焊试验,实现了单面焊双面成形,焊接速度达1 200 mm/min,焊接接头熔深为单TIG冷填丝接头熔深的两倍,抗拉强度达到母材的95%左右,实现了高速、优质的镁合金冷填丝焊接.另外,简要分析了激光的加入对焊接过程的影响.     

2A14铝合金激光-MIG复合填丝焊特性分析

针对2A14铝合金同时进行了激光-MIG复合焊和激光-MIG复合填丝焊试验,对比分析了激光功率、离焦量、焊接速度、焊接电流、光丝间距、填丝速度等工艺参数对两种焊接方法焊缝成形的影响规律.结果表明,铝合金激光-MIG复合填丝焊方法切实可行,工艺适应性良好,与铝合金激光-MIG复合焊相比,均能在较宽的工艺参数范围内实现良好的焊缝成形;相同试验参数条件下,铝合金激光-MIG复合填丝焊的焊缝成形特征与激光-MIG复合焊基本相同,但其熔敷速度明显大于激光-MIG复合焊,焊缝余高明显增加.     

电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的影响

由于热源形式的特殊性,激光-电弧复合焊接过程中激光和电弧间易发生相互干扰,产生飞溅和底部驼峰等缺陷。以590 MPa级船用高强钢为研究对象,研究了电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和焊缝底部驼峰的影响。为了深入研究激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的产生机理,利用高速摄像设备对熔滴过渡行为和焊缝底部熔池进行了观察。结果表明,适当缩短电弧弧长可以降低激光和电弧间的相互干扰,提高复合焊接过程的稳定性,进而降低飞溅产生的倾向。底部驼峰是小孔熔透性差和底部熔池流动不连续所引起的。缩短电弧弧长可以对底部驼峰的产生起到抑制作用,这是因为缩短电弧弧长可以降低等离子体对激光的吸收,提高激光的能量利用率,增加小孔熔透性和稳定性。 创新点： 研究了电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的影响,采用高速摄像方法对底部熔池流动进行了观察,进一步明确了激光-电弧复合焊接焊缝底部驼峰的产生原因。     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

Research on laser-arc hybrid welding of lap fillet joints of thin sheet

ABSTRACT

Laser welding is capable of welding at high speeds by high-density energy, while arc welding is an effective construction method from the viewpoint of tolerance of the gap and welding position. Laser-arc hybrid welding has both these features. The authors have researched suitable welding parameters and consumables for this hybrid welding process that couples laser beam with MAG arc for lap fillet weld joining of thin steel sheets. As a result, the following welding parameters have been proven to be the most appropriate for better bead shapes and root-gap tolerance, i.e. laser leading (kept at a right angle) and MAG trailing (kept at a push angle); the laser-arc distance was 3 mm and the laser beam focus size was 2 mm. In addition, it was proven that HT490-class welding wire of Si-Mn-Ti type (JIS YGW11) was the most appropriate for better bead shapes and root-gap tolerance. The bead shape was apt to be better in cases of higher surface tension of welding wire. The result of the tensile shear test of the joint by welding with HT490-class welding wire of Si-Mn-Ti type (JIS YGW11) under selected welding condition demonstrated that the value of the tensile strength of parent material was equal to that of lab fillet joints.     

Process and joint characterizations of laser-MIG hybrid welding of AZ31 magnesium alloy

High power laser-metal inert gas (MIG) hybrid welding of AZ31 Mg alloys was studied. Microstructure and fracture surface of welded joints were observed by optical microscope and scanning electron microscope. The mechanical properties of welded joints were evaluated by tensile test. Under the optimal welding parameters, the stable process and sound joints were obtained. The tensile strength efficiency of welded joints recovered 84-98% of the substrate. It was found that the arc was compressed and stabilized by the laser beam during the hybrid welding. The compressed extent of arc column increased with laser power, and the process stability could be improved by increasing laser power and arc current or slowing welding speed. The arc stabilized mechanism in laser-MIG hybrid welding of Mg alloys was summarized in two factors. First, the laser keyhole fixes the arc root and improves the igniting ability of the arc. Second, the electromagnetic force is downward and increased by the laser-arc interaction, which prevents the overheating of the droplet and smoothes droplet transfer from the wire to the weld pool.     

激光-MIG复合焊接参数的优化与选择

在激光-电弧复合焊接中,两种热源的集成导致工艺参数的调节更为复杂,如何根据实际需求来选择工艺参数一直是困扰该工艺的主要问题。对此,采用4mm厚Q235钢板进行了CO2激光-MIG(metalinertgas)复合焊接研究,探讨了激光功率、电弧电流对最大焊接速度的影响及其和接头间隙对焊缝成形的影响规律。结果表明:激光功率的增加更有利于最大焊接速度的提高,只有合理的工艺参数组合才能取得良好的焊缝成形。由此提出了CO2激光-MIG复合焊工艺参数的优化与选择方案。