CO-,2-激光-電弧復(fù)合焊接工藝、機(jī)理及質(zhì)量控制規(guī)律研究.pdf

1、激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是一種將激光束與電弧集成于一體的新型焊接技術(shù)，能夠彌補(bǔ)單熱源焊接的不足，具有焊接熔深大、工藝穩(wěn)定性好、焊接速度快、變形小、間隙橋接能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，該技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家受到了廣泛關(guān)注并得到了積極的研究，在汽車、石油、船舶、壓力容器等領(lǐng)域極富發(fā)展前景。但是，由于種種原因，可獲取的關(guān)鍵技術(shù)信息比較匱乏，有關(guān)激光-電弧兩種熱源之間相互作用機(jī)理的研究也非常有限，缺乏系統(tǒng)深入的研究。因此，迫切需要從基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題入手，推動(dòng)激

2、光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的發(fā)展。本文采用低碳鋼和不銹鋼材料從基礎(chǔ)工藝、保護(hù)氣體、熱源相互作用機(jī)理、接頭微觀組織和力學(xué)性能等方面入手，對(duì)CO2激光-TIG (tungsten inert gas)和MIG (metal inert gas)電弧復(fù)合焊接技術(shù)的工藝和機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。主要研究成果如下：
　　 ⑴構(gòu)建了一個(gè)由CO2激光器、TIG和MIG焊機(jī)、數(shù)控工作臺(tái)組成的激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，能夠方便的調(diào)節(jié)各焊接參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)激

3、光與電弧的協(xié)同效應(yīng)。在該平臺(tái)上分別進(jìn)行了激光-TIG和MIG電弧復(fù)合焊接的基礎(chǔ)工藝研究，并得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)范圍。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：激光和電弧能夠通過(guò)形成于激光光致等離子體和電弧之間的導(dǎo)電通道發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。同激光焊接相比，激光-MIG電弧復(fù)合焊接熔深提高60[％]，焊接速度提高170[％]；激光-TIG電弧復(fù)合焊接熔深提高44[％]。
　　 ⑵系統(tǒng)研究了激光-電弧復(fù)合焊接中氣體保護(hù)方式及成分組成的影響規(guī)律。研究證明電弧焊炬加同軸

4、噴嘴的氣體保護(hù)方式是激光-電弧復(fù)合焊接的最佳氣體保護(hù)方式；He-Ar混合氣體更適用于激光-電弧復(fù)合焊接。保護(hù)氣體通過(guò)激光與電弧等離子體相互作用、氣流方向與速度變化來(lái)改變等離子體形態(tài)(等離子體有效作用高度)是改變復(fù)合焊接熔深和工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵作用機(jī)制。
　　 ⑶提出了更全面的激光-電弧復(fù)合焊接熱源相互作用定量分析方法。引入了無(wú)量綱參數(shù)——復(fù)合焊接熔化能增量ψ來(lái)表征熱源相互作用：ψ值越大，熱源相互作用越強(qiáng)烈。定量分析結(jié)果和試驗(yàn)現(xiàn)象能

5、夠很好的吻合，表明該方法能夠快速準(zhǔn)確的全面反映激光、電弧之間的熱源相互作用。采用該方法進(jìn)行熱源相互作用定量分析發(fā)現(xiàn)：對(duì)應(yīng)不同類型的電弧，激光-電弧復(fù)合焊接的熱源相互作用程度存在差異。該差異來(lái)自于電弧電極極性對(duì)激光光致等離子體的影響及其自身特性的不同。
　　 ⑷發(fā)現(xiàn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接接頭內(nèi)電弧區(qū)焊縫組織為垂直于熔池壁向中心生長(zhǎng)的粗大的帶狀樹(shù)枝晶；激光區(qū)焊縫組織為靠近熔池壁垂直于熔池壁生長(zhǎng)的柱狀樹(shù)枝晶和中心區(qū)域均勻形核的細(xì)小等

6、軸樹(shù)枝晶，且激光區(qū)具有更高的焊縫顯微硬度和更窄的熱影響區(qū)，國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)有類似報(bào)道。得到了激光-電弧能量配比、坡口形式、保護(hù)氣體等焊接參數(shù)對(duì)接頭力學(xué)性能和微觀組織的影響規(guī)律，對(duì)工藝參數(shù)的選取有一定的理論指導(dǎo)意義。
　　 ⑸開(kāi)展了超細(xì)晶粒鋼的激光-TIG復(fù)合焊接研究。試驗(yàn)證明超細(xì)晶粒鋼的激光-TIG復(fù)合焊接接頭強(qiáng)度高于母材，焊縫區(qū)顯微硬度低于激光焊接，能夠避免因顯微硬度過(guò)高造成的韌性下降，有效抑制熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大傾向并避免軟化區(qū)的出現(xiàn)