激光-MIG 復合焊接參數的優(yōu)化與選擇

 與傳統(tǒng)電弧焊接和激光焊接相比，激光-電弧復合焊接具有大焊接熔深、高工藝穩(wěn)定性、高焊接效率、較強的焊接間隙橋接能力和小焊接變形等優(yōu)點，能夠大幅度提高焊接效率和焊接質量。近年來，激光-電弧復合焊接得到了廣泛的關注，相關研究越來越多。但是，激光-電弧復合焊接因為集成了激光和電弧兩種性質截然不同的焊接熱源，在具有更多的可調節(jié)參數，提高焊接適應性和靈活度的同時增加了參數選擇的復雜程度。研究表明，不合理的參數將導致其焊縫熔深淺、深寬比小等不良焊縫成形。眾所周知，焊接接頭的焊縫成形和焊縫質量密切相關，只有好的焊縫成形才具有優(yōu)良的接頭力學性能同。因此，在激光-電弧復合焊接應用中，如何根據焊接要求來制定工藝參數以有效控制焊縫成形就顯得至關重要。

    目前，復合焊接的研究主要局限在提高材料的可焊性和相關機理探討上，對于如何選擇合理的工藝參數組合來控制焊接質量卻缺乏系統(tǒng)的研究。本文的目的就是通過研究CO2 激光-MIG 復合焊接中激光功率、電弧電流對最大臨界焊接速度的影響及其和接頭間隙對焊縫成形的影響規(guī)律，以探討其工藝參數的優(yōu)化與選擇方案。

1 試驗裝置和方法

    試驗采用德國Rofin-Sinar TR050 5kW CO2軸流激光器和Panasonic 脈沖MIG 焊機，旁軸復合，試驗裝置如圖l所示。激光光束模式為TEM01,整個光路經四塊平面反射鏡后反射聚焦，焦距為286.5 mm ，光斑直徑為0.6mm。MIG 焊機直流反接。保護氣體直接從焊槍噴嘴流出，采用流量為20L/min 的He-Ar福合氣體。試驗材料為Q235 低碳鋼，試件尺寸為120mm x 50mm x 4mm。焊絲直徑為1.0mm。

    在正式試驗前進行了CO2 激光束和MIG電弧空間位置參數的優(yōu)化，試驗采用如表l所示的熱源位置參數。最大臨界焊接速度的測定采用平板堆焊，其余采用平板對接焊，I型接頭。焊接完成后，將試樣沿橫截面切開，經過標準的金相制備工序制成試樣，并采用4%硝酸酒精溶液腐蝕焊縫，然后采用金相顯微鏡拍攝焊縫形貌。因為電弧電流能夠更有效的反映電弧的各項特性，所以本文直接用電弧電流來表征電弧。其中，電弧電流對應的電壓、功率和送絲速度如表2所示。