激光-雙絲MIG復(fù)合焊

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1、激光-雙絲MIG復(fù)合焊原理及意義：激光-雙絲MIG復(fù)合焊是將兩個(gè)電弧同時(shí)作用于一個(gè)熔池的焊接方法，這種焊接方法優(yōu)勢在于可以大幅度提高焊接速度，減少單位時(shí)間內(nèi)焊縫的熱輸入，可以用于薄板的高效焊接。由于在一個(gè)熔池中有兩個(gè)電弧，從而改變了電弧對熔池的熱量分布、熔池形狀和液態(tài)金屬流動(dòng)狀態(tài)，提高了熔池邊緣處的加熱情況，改善了熔池的潤濕能力，同時(shí)雙絲也提供了充足的熔化金屬，從而抑制了咬邊的出現(xiàn)。原理如圖1所示：圖1激光雙電弧復(fù)合焊接雙絲脈沖MIG焊中存在兩個(gè)電弧等離子體，而在復(fù)合焊接中，激光的加入會(huì)產(chǎn)生光致等離子體．光致等離子體與兩個(gè)電弧等離子體三者之間存在復(fù)雜的耦合機(jī)理和相互作用，光致等離子

2、體的出現(xiàn)使工件表面的等離子體濃度增加，引弧電阻降低．同時(shí)由于激光作用產(chǎn)生的金屬蒸氣和小孔周圍的高溫等離子體為電弧提供了一個(gè)穩(wěn)定的陰極斑點(diǎn)，能夠引導(dǎo)電弧的弧柱，而導(dǎo)致電弧偏向激光作用區(qū)域的小孔處，使電弧能量更加集中，電弧的電流密度增加．由于激光+雙MIG/MAG電弧復(fù)合焊接過程中，雙電弧的同時(shí)燃燒保證了焊接過程足夠大的熔敷率和焊接效率，激光的加入又會(huì)對雙電弧起到一個(gè)吸引的穩(wěn)定作用，同時(shí)保證焊縫的形成具有足夠的熔深。這種焊接方法下，雖然同時(shí)有三種熱源作用于工件上同一部位，但是由于焊接速度可以達(dá)到很大，所以整個(gè)焊接過程的線能量較小，保證了焊接過程節(jié)能高效的進(jìn)行。綜合國內(nèi)外已有的激光+電弧

3、復(fù)合焊接方法的研究成果可知，近幾年來國內(nèi)外對激光+MIG復(fù)合焊接方法的關(guān)注度在不斷增長，但是這些研究主要集中在激光與單電弧復(fù)合焊接方法的工藝研究與焊接過程模擬上，而對激光+雙絲MIG復(fù)合焊接方法及技術(shù)的研究幾乎沒有。激光-雙絲MIG復(fù)合焊接方法不是在激光-單絲MIG復(fù)合焊的基礎(chǔ)之上再簡單地加入一個(gè)電弧，除了激光與電弧之間的耦合作用外，兩個(gè)電弧之間也有復(fù)雜的交互作用，電弧之間的距離大小、焊槍夾角大小、電源供電模式的不同、激光作用點(diǎn)的改變等均會(huì)使整個(gè)焊接過程熱場、力場、流場、電場、磁場以及三個(gè)熱源之間的耦合機(jī)制發(fā)生變化，進(jìn)而影響熔滴過渡、焊縫成形和微觀組織。作為焊接加熱的直接熱源，激光

4、復(fù)合電弧的性質(zhì)對于整個(gè)焊接過程具有決定的意義，了解激光與雙絲MIG電弧的相互作用方式與作用機(jī)理，對進(jìn)一步的研究激光+雙絲MIG復(fù)合焊接方法及工藝具有指導(dǎo)性意義。激光-雙絲MIG復(fù)合焊的試驗(yàn)系統(tǒng)激光+雙絲脈沖MIG/MAG復(fù)合焊系統(tǒng)由焊接系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)兩部分組成．其中焊接系統(tǒng)由激光器、兩臺(tái)焊接電源、兩臺(tái)送絲機(jī)、兩把焊槍及一個(gè)脈沖協(xié)調(diào)控制器組成，兩根焊絲分別使用獨(dú)立的導(dǎo)電嘴及氣體噴嘴．檢測部分由兩個(gè)電流傳感器、兩個(gè)電壓傳感器、一套高速攝像系統(tǒng)及兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)組成．為檢測激光+雙絲脈沖MIG/MAG的穩(wěn)定性，需要將激光器與高速攝像系統(tǒng)、電流及電壓傳感器之類的多種儀器通過控制計(jì)算機(jī)將它們協(xié)

5、調(diào)統(tǒng)一起來，具體試驗(yàn)連接如圖2所示．圖2激光+雙絲脈沖MIG復(fù)合焊系統(tǒng)已經(jīng)研究過的方向：A.保護(hù)氣體對激光+雙絲MAG復(fù)合焊焊縫形貌和電弧特性的影響１實(shí)驗(yàn)材料：　焊接試驗(yàn)選用母材為Q235低碳鋼，焊絲為H08Mn2SiA(直徑1．2mm)進(jìn)行平板堆焊焊接試驗(yàn)。研究了保護(hù)氣體為φ(Ar)80％＋φ(CO2)20％(情況A)和φ(Ar)40％＋φ(CO2)10％＋φ(He)50％(情況B)時(shí)對激光＋雙絲MAG復(fù)合焊焊縫表面成形和電弧特性的影響。利用LabVIEW信號采集系統(tǒng)和高速攝像系統(tǒng)同步采集焊接電流、電弧電壓波形和電弧形態(tài)。焊接過程中激光功率1．8kW，離焦量為0，兩焊絲和激光的空

6、間擺放位置如圖1所示，其中R1＝5mm，R2＝6mm。圖3激光＋雙絲MAG復(fù)合焊焊絲空間位置示意圖２實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：圖4兩種不同保護(hù)氣體對應(yīng)的焊縫表面成形結(jié)果表明，(1)在焊縫表面和焊道兩側(cè)邊緣處，發(fā)現(xiàn)有斑點(diǎn)狀、不連續(xù)的氧化物肉眼可見，保護(hù)氣體為φ(Ar)80％＋φ(CO2)20％時(shí)對應(yīng)氧化物含量高于保護(hù)氣體為φ(Ar)40％＋φ(He)50％＋φ(CO2)10％；保護(hù)氣體為φ(Ar)80％＋φ(CO2)20％時(shí)比保護(hù)氣體為φ(Ar)40％＋φ(He)50％＋φ(CO2)10％時(shí)對應(yīng)的焊縫熔寬要小。(2)保護(hù)氣體為φ(Ar)80％＋φ(CO2)20％比保護(hù)氣體為φ(Ar)40％＋φ(

7、He)50％＋φ(CO2)10％含有的CO2比例高，使CO2氣體對電弧冷卻作用增強(qiáng)，減弱了激光對電弧的穩(wěn)定作用，斷弧次數(shù)多。B.激光-MIG雙絲復(fù)合焊電弧特性與熔滴過渡研究１試驗(yàn)材料：試驗(yàn)用母材為Q235低碳鋼，工件尺寸為200mm×100mm×8mm。試驗(yàn)前將工件表面打磨干凈，防止油污、鐵銹等影響焊接過程及質(zhì)量。試驗(yàn)用焊絲為H08Mn2SiA，直徑為1.2mm。保護(hù)氣體為純氬(Ar)氣體。試驗(yàn)過程中采用表面堆焊方式來研究激光-MIG雙絲復(fù)合焊接過程。試驗(yàn)中所用的焊接