激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响

采用高速摄影设备研究了在两种焊接电流工艺参数下激光与电弧的间距变化对CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡过程的影响.试验发现,在高速MIG焊接时熔滴过渡不稳定,在激光-MIG复合焊接时,由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸引作用而改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态,使得熔滴的过渡过程发生了改变,对于不同的焊接电流工艺参数,存在不同的最佳激光与电弧间距.结果表明,在最佳间距下,即两个等离子体的耦合作用良好时,熔滴过渡形式为单一的稳定射流过渡,电流电压恒定,焊缝成形良好.     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.     

脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为研究

将脉冲等离子电弧与MIG电弧同轴复合,期望利用等离子弧脉冲峰值电流产生的高速等离子射流冲击熔滴和熔池,促进熔滴过渡,同时增加焊缝熔深。开发了一套高速视觉与电信号精确同步的焊接数据采集系统,对脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为进行研究。研究发现将等离子电流调制成脉冲波形,等离子弧对工件总体热输入下降,等离子峰值电流产生的等离子流力可以有效促进熔滴过渡。在此基础上深入分析了等离子脉冲峰值电流、脉冲宽度及熔滴在等离子弧过渡位置等参数对熔滴过渡的影响,获得了脉冲等离子-MIG复合焊一脉一滴过渡的工艺参数窗口。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

耦合状态下激光对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

采用高速摄影设备研究了CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡的特点,试验结果显示在高速焊接时采用MIG焊的熔滴过渡特性比较复杂,是一种不稳定的混合过渡形式,当加入激光后由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和两个等离子体的耦合作用,熔滴过渡频率增加,熔滴过渡形式转变为一种单一稳定的射流过渡形式,电流电压恒定,焊缝成形良好,飞溅大大减少,熔宽熔深显著增加.因此采用激光-MIG复合焊接是一种高效率的新焊接工艺,具有广泛的应用前景.     

等离子-MIG焊熔滴过渡的研究

为了分析等离子-MIG焊熔滴过渡过程中等离子弧和MIG弧对熔滴过渡形态的影响,利用示波器研究了等离子-MIG焊接铝合金时不同熔滴过渡形式的特征,包括电弧电压波形的变化及熔滴过渡临界电流的研究.研究结果表明:等离子-MIG焊的熔滴过渡形式以滴状过渡和射流过渡为主;滴状过渡到射流过渡的临界总电流约为280～300A;等离子-MIG焊中,MIG电流对熔滴过渡产生决定性影响;等离子-MIG焊与MIG焊比较,显著的降低了熔滴过渡向射流过渡转变的临界点.     

双丝三电弧焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

为了验证双丝三电弧焊接过程中M弧不同的电流、脉冲频率对其熔滴过渡行为的影响;试验搭建了双丝三电弧焊的焊接系统以及高速摄像与波形同步采集系统.结果表明,熔滴过渡行为变化的主要原因是在M弧作用下熔滴的受力变化.其次,熔滴过渡行为和M弧电流的变化存在着对应关系:随着M弧电流增大,熔滴过渡行为依次为焊缝成形最佳的短路过渡+射流过渡、以及成形依次变差的大滴过渡、射滴过渡、射流过渡.随着M弧脉冲频率增加,熔滴过渡行为依次为一脉多滴、一脉一滴、多脉一滴三个阶段;其中焊接成形最理想的为一脉一滴的熔滴过渡阶段.     

环境压力对高压干法GMAW熔滴过渡影响分析

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.通过0.4 MPa以内氩气环境的试验发现,环境压力超过临界压力后熔滴过渡形式会发生转变.随着环境压力的增加,在小电流情况下,过渡形式先由大滴过渡转变为短路过渡,进而转变为排斥过渡;在焊接电流较大情况下,熔滴依次呈现射流过渡、短路与射流混合过渡、排斥过渡.并从熔滴受力的角度分析了压力环境熔滴过渡形式转变机理.指出产生排斥过渡的原因是在环境压力的作用下电弧与弧根收缩,改变了熔滴的受力状态而产生的.     

双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡与电弧形态

用高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡及电弧形态和电弧电压之间的关系进行了深入分析.结果表明,熔滴过渡和电弧电压、电弧形态的规律性变化存在密切的对应关系.熔滴形成、长大、脱离焊丝端部的规律性变化使极性斑点间距及弧柱电阻发生变化导致了电弧电压的波动,从而使电弧形态发生由暗到明、由小到大的规律性变化.随着焊接电流的增大熔滴的过渡形式发生变化,熔滴尺寸减小.不同的熔滴过渡形式其电弧电压的波动也有所不同,射流过渡电压波动较小,而短路过渡电弧电压的波动最大.     

CO_2激光-MAG电弧复合焊过程中激光功率对电弧及熔滴行为的影响

利用高速摄像系统和电弧分析仪分析CO2激光-MAG电弧复合焊过程中激光功率对电弧及熔滴行为的影响。试验结果表明:焊接过程中的实际热源间距受到焊接电流大小的影响,且当其在2 mm时焊接效果最优;在导电通道中的带电粒子在运动过程中扰动、漂移以及熔滴过渡模式、焊接模式的改变造成了焊接过程中电弧电流及电压波形的紊乱;激光功率影响了熔滴行为,当采用160 A和180 A的焊接电流时,激光功率的增加导致熔滴过渡频率先减小后增大。     

焊接参数对铝合金激光——MIG电弧复合焊缝熔深的影响

以5A06(LF6)铝合金为研究对象,研究了铝合金激光-MIG电弧复合焊(HYBRID焊)时焊接参数的变化对焊缝熔深的影响规律,并将焊接参数的变化对激光-MIG电弧复合焊、MIG电弧焊、激光焊的焊缝熔深的影响进行了综合比较分析.结果表明,若以等效于激光焊熔深的MIG电弧功率为分界线,可以把MIG电弧的功率分成高、低能量两个区,当激光与低能量电弧区的电弧复合时,激光对焊缝的熔深起主导作用,HYBRID焊的熔深大于该区的MIG电弧焊;当激光与高能量电弧区的电弧复合时,电弧对焊缝的熔深起主导作用,HYBRID焊缝主要体现为MIG焊缝的特点,加入激光的优势主要体现在增加焊接速度方面,即高速焊时也可获得良好的焊缝成形.     

铝合金激光-小功率脉冲MIG电弧复合热源焊接特性分析

针对5A06铝合金,通过一系列对比数据综合分析了MIG焊和激光MIG复合热源焊接技术在焊缝熔深、焊缝成形、焊接速度、焊接热输入等方面的优缺点.结果表明,在MIG平均电流小于200 A的小功率脉冲MIG电弧区域内,等热输入且等焊接速度条件下,激光-MIG复合热源焊接技术与MIG相比可以提高焊缝深宽比1～2倍,增加焊缝熔深0.43～2.5倍;等热输入且等平均焊接电流条件下,与MIG相比,激光MIG复合热源焊接技术可以提高焊接速度0.6～1.5倍,增加焊缝熔深0.5～5.9倍;激光MIG复合热源焊接技术可以用高于MIG焊0.6～6.5倍的焊接速度和更小的焊接热输入获得与MIG同样的焊缝熔深;与MIG焊相比,激光MIG复合热源焊缝的铺展性更好,更适合于高速焊接;MIG复合2 kW的激光能量后会增加平均电弧电压、减小平均电流.     

工业纯钛光纤激光-MIG复合焊接工艺及性能

采用光纤激光与熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)复合焊接工业纯钛,分别对激光焊、MIG焊和复合焊接头的焊缝表面成形、横断面进行了观察,并进行了激光焊和复合焊接头的拉伸试验及杯突试验.结果表明,复合焊的电弧稳定性比MIG焊显著提高,焊接速度可提高7倍;复合焊与激光焊接头的抗拉强度高于母材;复合焊接头的杯突值优于激光焊接头的杯突值,这是因为复合焊焊缝的微观组织有利于接头的塑性.因此,采用光纤激光-MIG电弧复合焊接方法很好地实现了工业纯钛的高速焊接,焊缝成形良好,接头的塑性优于单一激光焊的塑性.

Abstract：

Fiber laser-metal inert gas (MIG) arc hybrid welding was used to weld the commercial pure titanium (CP-Ti). The weld appearance, cross section, tensile strength, Erichsen value and microstructure of the CP-Ti welded joints were studied. The results show that the arc stability is substantially improved and the welding speed can be increased to 7 times by fiber laser-MIG hybrid welding. The welded joints by laser welding and the hybrid welding exhibit the higher ultimate tensile strength than those of the base metal. In addition, the welded joint by the fiber laser-MIG hybrid welding has higher Erichsen values than that by laser joints. The difference in plasticity is attributed to the microstructure changes in the welded joint of hybrid welding. Thus, the fiber laser-MIG hybrid welding of CP-Ti can be carried out suecessfully at higher welding speed with a good combination of weld bead appearance and plasticity.     

MB8镁合金激光——MIG复合焊接分析

实现了10 mm厚MB8镁合金的激光-MIG(metal inert gas)复合焊接,并对其工艺稳定性、接头形貌特征、微观组织和力学性能进行了分析.在激光-电弧相互作用下,镁合金复合焊接内的MIG电弧燃烧和熔滴过渡稳定性显著提高,并获得饱满均匀的复合焊缝.在文中试验条件下,复合焊接速度比单独激光焊接高25%.因为表面凹坑缺陷的消除,复合焊接接头抗拉强度远高于激光焊接接头,达到母材的87.2%.此外,复合焊缝熔合区中心区域组织为等轴晶,靠近熔合线区域为柱状晶.在复合焊缝内,相对较低的凝固速度,上半部分宽大电弧区的晶粒尺寸明显大于下半部分细窄激光区.结果表明,激光-MIG复合焊接是MB8镁合金的有效焊接方法.     

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.     

高速TIG-MIG复合焊焊缝驼峰及咬边消除机理

搭建了TIG-MIG复合焊试验平台及电参数-高速图像同步采集系统,进行了一系列低碳钢高速TIG-MIG复合焊工艺试验,研究了高速TIG-MIG复合焊的电弧形态、熔滴过渡及熔池行为对焊缝成形的影响,并确定了合适的匹配参数.结果表明,MIG焊电流在240~300 A,且TIG焊电流与MIG焊电流相当时,TIG-MIG复合焊焊接过程稳定,即使在焊接速度高达2.5 m/min时,焊缝仍无驼峰、咬边等缺陷,与传统MIG焊相比,熔深增加,熔宽减小.TIG-MIG复合焊由于电弧间的相互作用,两电弧指向发生偏转,电弧压力减小,焊接过程不产生弧坑,且熔宽变窄,这是避免驼峰和咬边缺陷的主要原因.     

Characterisation of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding

The process characteristics of the synergic cold metal transfer (CMT) process have been examined for welding aluminium alloy. Utilising a simple backlighting system and through the arc monitoring the droplet transfer modes were identified. Whilst the modified short circuit mode was evident for the lower parameter range, a two part transfer mode based upon a combination of spray and short circuit transfer was observed for the mid to upper parameter range. The technology was also explored as a cladding process for applying to ternary alloyed (Al-Cu-Mg) aluminium plate. This alloy system is known to be susceptible to solidification cracking when MIG welded using the binary Al-2319 (Al-Cu) filler wire, this being due to the wide element freezing range of the weld resulting from mixing with the base material. Utilising this filler, weld dilution ratios for both CMT and pulsed welding were identified across the examined parameter range. The CMT process exhibited greater control of dilution that enabled deposition of a quasi-binary (Al-Cu) layer exhibiting a less crack susceptible composition. Onto this layer conventional MIG welding could be applied which could potentially eradicate cracking using a binary filler wire.     

高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理

VPPA-MIG复合焊集VPPA穿透力强和MIG焊熔敷效率高的优点,弥补了单VPPA焊工艺区间窄且需立焊和MIG焊熔深浅的不足. 使用Red Lake Y4高速摄像获取6 mm厚2A12铝合金VPPA-MIG复合焊接熔池图像,建立了熔池受力模型. 对比分析了复合热源不同能量配比对焊缝成形和熔池形貌的影响及VPPA-MIG与单MIG焊缝成形特点. 结果表明,VPPA-MIG复合热源相比单VPPA热源易保持焊缝成形稳定性. VPPA电流接近穿孔阈值时,配合较低功率MIG热源可以获得6 mm厚2A12铝合金良好焊缝成形;VPPA能量比例过低时,小孔较浅,熔化效率较低,不能起到增加熔深的作用;VPPA能量比例过大,易使熔池失稳,焊缝成形不良. 热源输入功率相同时,VPPA-MIG复合焊比MIG焊显著增加焊缝熔深和深宽比,提高生产效率.     

YAG激光与脉冲MIG复合焊接

研究了YAG(掺钕钇铝石榴石 ,Nd 3:Y3Al5O1 2 )激光与脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺 ,设计制造了复合焊接机头 ,探讨了各种规范参数对焊缝成形的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 -脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成形美观 ,无气孔等缺陷 ,熔深与激光单独焊比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺。