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CO2激光—MAG电弧复合焊接工艺参数优化
摘要:,采用CO2激光熔化极性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法,研究焊接电流、电弧电压、激光能量、等参数对复合焊接熔滴过渡特征的影响。
关键词: 激光技术;CO2激光-MA;电弧复合焊接;熔滴过渡
本论文针对高强钢激光-电弧复合焊接技术的基础工艺及焊缝接头性能,通过现有设备将从以下方面进行研究和分析:


实验使用的激光器为Rofin公司生产的型号为DC 050 SLAB CO2激光器,配以上海团结普瑞玛公司制造的配套机床,应用自行设计的复合焊接装置固定MAG焊枪,使用根据实验特点设计制造的工装夹具进行紧固,实施激光-电弧复合焊接。焊机为松下公司生产的微电脑焊接波形控制脉冲MIG/MAG焊机,型号YD-350AG2HGE,MAG保护气体使用CO2、Ar混合气体。

激光-电弧复合焊接的工艺参数多,关联性较大。激光与电弧之间的匹配存在最佳值,即耦合的最小值,因此,对每个工艺参数分别设计1组实验,通过实验数据分析其对焊接质量的影响。采用激光-电弧复合焊接设备,通过对不同的焊接速度、激光功率等工艺参数对高强钢焊接质量影响的研究,优化出最佳的高强钢激光
—电弧复合焊接工艺参数。采用高速相机采集复合焊接过程中熔滴过渡图像,研究参数对工艺稳定性的影响。



在焊接电流较低时,熔滴过渡表现为大熔滴过渡,熔滴在焊丝周边形成和长大,其底部受到电弧力作用,排斥效果明显。熔滴较长在焊丝端部一侧,当长到足够大时,熔滴脱离焊丝而过渡。处于焊接小电流的状态,熔滴向激光光束偏移,致使熔滴变大的时间较长,体积变大,过渡频率比较低。主要受自身重力、表面张力和电弧力的作用,电流较小,熔滴收到电磁收缩力、等离子流力的作用不太明显。随着熔滴的长大,当自身重力大于表面张力和电弧力时,熔滴脱离焊丝端部而过渡到熔池中。
随着焊接电流的升高,熔滴过渡形态由大熔滴变为正常颗粒过渡,在I≥180A以后,熔滴过渡形态为射流过渡。因为电流较大,受电磁收缩力和等离子流力影响较大。I增大,使其温度增加,表面张力变小,其尺寸变细,未长大前脱离而过渡到熔池中。熔滴尺寸变得细小,小液滴高速进入熔池[。

电弧电压影响电弧燃烧的稳定性,是规范焊接的关键工艺参数。随着电弧电压的提高,电弧长度增加,焊缝变宽。电压过大时会产生咬边现象。如果在短路过渡焊接状况下,电压增大会减小短路过渡频率,导致熔滴增大,飞溅增多。另一方面,电压太低,容易断弧,引弧性能差。
在电弧电压为18V时,较小的电弧线能量热输入,熔化焊丝的能量较低,直接导致熔池与形成的熔滴直接接触,过渡形式为短路过渡,在焊接表面产生飞溅。随着电压的增大,线能量热输入的提高,两种热源相互作用下会增加等离子流动,熔滴由上漂而不下垂的大熔滴,熔滴逐渐变为尺寸与焊丝直径大小相近,此时形成焊接过程稳定的正常颗粒过渡,此时焊接过程稳定。在电弧电压小于24V时,对于给定的焊接电流,由于电弧热输入少,焊丝熔化速度较慢,导致焊丝直接与熔池接触,