基于大离焦模式的NdYAG激光-MAG复合热源焊接工艺 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

专题研究 机 械制 造文摘 焊接 分册 基于大离焦模式的 N d ： Y AG激光 一 MA G 复合热源焊接工艺 掌丽华 ， 雷振 ， 秦国梁 。 ( 1 徐 工机械建设机械分公 司， 江苏徐 州 2 2 1 0 0 4 ； 2 机械科 学研 究院哈 尔滨焊接研究所 ， 黑龙江哈 尔滨1 5 0 0 2 8 ； 3 山东大学材料连接技术研究所 ， 山东 济南2 5 0 0 6 1 ) 摘要：通过对焊接参数的调整较为系统地研究了大离焦模式下 N d ： Y A G激光 一 MA G复合热源焊接工艺。 结果表明： 在一定 的焊接条件下， 与 M A G焊相比， 大离焦 N d ： Y A G激光 一 MA G复合热源焊接仍可以表现出增大焊缝熔深、 提高焊接过程稳定 性等复合热源焊接优势。在合适的焊接速度和焊接电流范围内， 大离焦 N d ： Y A G激光 一 M AG复合热源焊接能显著地改善焊 缝成形， 提高焊缝金属的铺展性。 关键词：大离焦激光； 激光 一 MA G复合热源焊接； 工艺 Nd： YAG l a s e r - M AG h y br i d we l di ng t e c hn o l o g y o n l a r g e d e f o c us mo de l Z h a n g L i h u a ， L e i Z h e n ， Q i n G u o l i a n g 。 ( 1 X C MG C o n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y C o ， L t d B u i l d i n g Ma c h i n e ry C o ， X u z h o u 2 2 1 0 0 4 ， C h i n a ； 2Ha r bi n W e l d i n g I n s t i t ut e ，Ha r b i n 1 5 0 02 8 ，Chi n a ； 3 I n s t i t u t e f o r Ma t e r i a l s J o i n i n g ， S h a n d o n g U n i v e r s i t y ， J i n a n 2 5 0 0 6 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t ：T h e t e c h n o l o g y o f l a r g e s p o t N d ： Y A G l a s e r MA G h y b r i d w e l d i n g w a s s t u d i e d b y a d j u s t i n g t h e we l d i n g pa r a me t e r s Re s u l t s s ho we d t h a t i n s o me we l d i n g c o nd i t i o n c o mp a r e d wi t h MAG we l d i n g t h e l a r g e s p o t Nd： YAG l a s e r - MAG h y b r i d we l d i n g c o u l d a l s o i n c r e a s e t h e d e p t h o f p e n e t r a t i o n a n d e nh a nc e t h e s t a b i l i t y o f t h e we l d i ng p r o c e s s W i t h i n a p p r o p r i a t e we l d i n g s pe e d a n d we l d i n g c u r r e n t ，l a r g e s p o t Nd： YAG l a s e r MAG h y b r i d we l d i n g c o u l d i mp r o v e a pp e a r a nc e a n d s p r e a d a bi l i t y o f t he we l d Ke y wo r ds ： l a r g e d e foe u s ；l a s e r - MAG h y b r i d we l d i n g ；t e c hn o l o g y O 前 言 激光 一电弧复合热源焊接是由英 国学者 S t e e n于 2 O 世纪 7 O年代末提出的_11 ， 经过 2 O多年的研究与发 展 ，该项焊接技术 日益成熟 ，并逐渐发展成为一种新 型 、 优质 、 高效的焊接技术 。 目前 ， 该焊接技术已经在造 船、 汽车制造、 石油化工管道焊接 、 压力容器制造、 航空 航天等领域得到了较为广泛的应用2 _ 5 】。 从 目前的研究和应用状况来看 ，激光 一电弧复合 1 0 2 0 1 4年第 3 期 热源焊接中所用的激光器主要为 Y A G固体激光器和 C O 激光器。 在激光 一电弧复合热源焊接过程中， 激光 束的光斑直径尽可能小 ， 得到的激光功率密度非常高 ， 以此来获得最大的焊缝熔深。 与传统电弧焊相 比， 小光 斑激光 一电弧复合热源焊接可以显著增大焊缝熔深 ， 提高焊接过程的稳定性， 并提高焊接生产效率。 尽管半 导体激光器具有体积小 、 价格相对便宜的优点， 但是由 于半导体激光器产生的激光光斑较大 ，照射在被焊T 件上的激光功率密度相对较低 ，因此半导体激光器在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 造文摘 焊接 分册 专题研究 焊接速度 v ( m mi n ) 图 7 焊缝余高随焊接速度的变化曲线 焊接速度 v ( m r n i n ) 8 焊缝的余高熔宽比随焊接速度的变化 曲线 ； 宽 比， 从而说明复合焊缝的铺展性好 ； 大离焦 功率电弧 ( = 1 2 m m i n ) 复合时 ， 只有在较低 度( 焊接速度小于 1 m m in ) 下， 复合焊缝的余 匕 才明显小于相同条件下单独 MA G焊焊缝余 ： 。图 9为试验中在 1 m m i n的焊接速度下送 7 6 m m i n时得到的焊缝横截面。其 中，图 9 a a ) 复合焊缝 ( b ) 单独 MAG焊缝 图 9 焊缝横截面照片 为大离焦 N d ： Y A G激光 一 MA G复合热源焊缝横截面 ， 图 9 b为相同条件下单独 M AG焊缝横截面。从图 9中 可以看出 ，大离焦 N d ： Y A G激光 一 MA G复合热源焊缝 成形明显优于单独 MA G焊缝成形 ， 具体表现在复合焊 缝熔深、 熔宽较大， 焊缝余高合适， 焊缝的铺展性良好， 可改善接头的疲劳性能。 3 结论 ( 1 ) 与相同条件下的 M AG焊相 比， 大离焦( d = 1 7 3 m m) N d ： YA G激光 一 M A G复合热源焊接 ，可 以提高焊 接过程稳定性 ， 增加焊缝熔深 。 ( 2 )大离焦 N d ： Y A G激光与 中小功率电弧复合时， 激光与电弧的相互作用 明显 ，焊缝成形 良好 ；大离焦 N d ：Y A G激光与大功率电弧复合时， 在较低的焊接速度 ( 焊接速度小于 1 m rai n ) 下 ， 激光与电弧的相互作用显 著 ， 焊缝成形美观 ， 当焊接速度超过 1 5 m m i n后 ， 焊接 过程稳定性变差 ， 焊缝成形不好 ， 甚至不能很好地成形 。 ( 3 )与单独 M AG焊相 比，大离焦 N d ： YA G激光 一 M A G复合热源焊接能显著地改善焊缝表面成形 ， 提 高焊缝金属的铺展性。 参考文献 l 1 j S t e e n W M A r c a u g me n t e d l a s e r p r o c e s s i n g o f ma t e r i a l s 【 J J o u r n al o f Ap p l i c a t i o n P h y s i c s ，1 9 8 0 ， 5 1 ( 1 1 ) ： 3 9 4 7 2 N o b u g u k i A b e ，Y a s u s h i K u n u g i t a D y n a m i c o b s e r v a t i o n o f s p e e d l a s e r - a r c c o mb i n a t i o n w e l d i n g o f t h i c k s t e e l【 C S e c t i o n GI CALEO， 1 9 97， 1 55 3 U D i h h e y P r o s p e c t b y c o m b i n g a n d c o u p l i n g l a s e r b e a m a n d a r c w e l d i n g p r o c e s s e s J We l d i n g i n t h e Wo r l d ， 2 0 0 0( 3 ) ： 3 7 -46 4 H Me r k a m p H ，O s t e n d o ff A N d ： Y A G l a s e r MI G h y b r i d w e l d i n g o f z i n c - c o a t e d f i n e s h e e t me t a l a n d ma g n e s i u m m a t e ri a l s J 】 L a s e r O p t o ， 2 0 0 1 ， 3 3 ( 1 ) ： 6 1 6 3 5 B rng g e m a n n G， Ma h r l e A C o m p a ri s o n o f e x p e ri me n t a l d e t e r mi ne d a n d n ume ric a l s i mul a t e d t e mp e r a t ur e f i e l d s f o r q uali t y a s s ur a n c e a t l a s e r b e a m we l di ng o f s t e e l s a n d a l u mi n um al l o y i n g J 1 N D T E I n t e rna t i o n al。 2 0 0 0 。 3 3 ( 1 ) ： 4 5 3 4 6 3 6 秦国梁 N d ： Y A G激光薄钢板深熔焊接i J q ： L 特征及同轴视 觉传感 D 哈尔滨： 哈尔滨工业大学， 2 0 0 4 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 0 8 掌丽华简介： 1 9 6 4年出生， 工程师； 主要从事焊接工艺技术方面 的研究； z h a n g l i h u a x c mg c o m。 2 0 1 4年 第 3 期1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m