基于激光束(lb)的复合热源焊接技术的研究进展

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1、基于激光束(LB)的复合热源焊接技术的研究进展

2、第1内容显示中.luna研制了一种电弧从两束激光中间穿过的YAGLB－TIG同轴复合的枪头，复合焊接时形成的锁孔直径是单独YAG焊接的1.5倍，非常有利于气体的溢出，对减少焊缝中的气孔非常有帮助。日本学者海野富男采用激光从电弧中间穿过的方式来实现TIG与激光的同轴复合，8根钨极在一定直径的圆环上呈45°均匀分布。钨极分别由独立的电源来供电，焊接过程中，根据焊枪移动的方向，控制其相应方向上的两对电极工作，形成前后方向热源。同轴复合解决了旁轴复合的方向性问题，非常

3、适合于三维结构件的焊接。铝合金由于其反射率大、导热性好，激光焊接时需要功率等级高、易产生气孔、裂纹。采用复合热源焊接可有效解决这些问题，铝合金液态熔池的反射率低于固态金属，由于电弧的作用，激光束能够直接辐射到液态熔池表面，增大吸收率，提高熔深。采用直流反接（DCEP）可在激光焊之前清理氧化膜。此外，电弧形成的较大熔池在激光束前方运动，增大熔池与固态金属之间的湿润性，防止形成咬边。因而,激光－电弧复合热源焊接铝合金也成为复合热源焊接技术的一大研究热点。日本T.SHIDA与M.Hirokam，双道焊熔深可达30

4、mm，焊接6mm厚的T型接头时，焊接速度可达3m/min。2．3LB-PA复合热源焊接等离子弧(PA)具有刚性好、温度高、方向性强、电弧引然性好，加热区窄，对外界的敏感性小等优点，非常利于进行复合热源焊接。与激光复合进行薄板对接，不等厚板连接，镀锌板搭接，铝合金焊接，切割和表面合金化等方面的应用都获得了良好的效果。LB－PA复合焊接可以是旁轴复合，也可以是同轴复合。旁轴复合方式的基本原理与LB－TIG旁轴复合基本相似。同轴复合焊接有两种方式，一种是环状电极产生等离子弧，激光束从等离子弧的中间穿过，等离子弧在

5、此主要有两个功能：a）通过额外的能量输入提高激光焊接的能力，从而提高整个焊接工艺的效率；b）等离子弧环绕在激光周围，可以获得较好的热分布模式，产生一个较好的热处理效果。另一种则是以空心电极方式将CO2激光与等离子弧进行同轴复合，激光束从空心的钨极中间穿过。同轴复合不仅节省空间，且无方向性，可在任意位置填充焊丝，大大提高焊速，增大间隙容限，提高焊接稳定性，减少焊接缺陷，尤其适合三维空间的零件的焊接。Coventry大学的先进连接中心多年来一直从事金属薄板的高速焊接研究，在针对汽车生产中薄板高速焊的研究中发现，

6、激光高速焊接薄板的主要问题是焊缝成型不连续，焊道表面易出现隆起。采用等离子弧辅助激光在YAG和CO2激光器上进行薄板（0.16mm厚镀锌钢板）焊接，有效解决了激光高速焊带来的表面成型不连续问题，焊接速度比单独激光焊提高100％左右。而且，由于电弧与激光之间的相互作用，使得电弧非常稳定，即使焊接速度高达90m/min时电弧也没有出现不稳定状态，可以获得较宽的焊道和光滑的焊缝表面。2．4LB-DA（激光束－双电弧）复合热源焊接LB－DA复合热源焊接是将激光与两个MIG电弧同时复合在一起组成的焊接工艺。两个焊枪采

7、用独立的电源和送丝机构，通过自己的供线系统分享焊接机头（图1），每个焊枪都可相对另一焊枪和激光束位置任意调整。由于三个热源要同时作用在一个区域内，相互之间位置的排布尤为重要。为了使焊接头在垂直方向与其余配置相对于激光束的位置均可以重新定位，因此在研究与设计试验装置时需要精心考虑焊枪与激光束聚焦尺寸。在激光作用下，双电弧吸引在一起，三个热源作用于同一个熔池中。由于三个热源要同时作用在一个区域，相互之间位置的排布尤为重要。研究结果表明，在工件之间为零间隙焊接时，焊接速度比一般的LB－MIG复合热源提高33％，比

8、埋弧焊提高800％。单位长度的能量输入比普通的LB－MIG复合热源减少25%，比埋弧焊减少83％。采用这种复合方法焊接，对于根部间隙为2mm的V型坡口厚板焊接时熔池底部无需支撑。对于5mm厚板22°坡口可一道焊完，且焊接过程非常稳定，远远超过普通LB－MIG复合热源的焊接能力。图1LB－DA焊接枪头激光－电弧复合热源技术的出现解决了激光焊接中存在的诸多问题，将激光焊接技术的应用提高到一个新的台阶，但是，面临航空、航天与武器制造业中的新材料、新结构的不断出现，它同样也存在着一些应用上的局限性。轻质化、高强度是

9、飞行器发展的主要趋势，减重成为了各种新型号的首要解决问题，一些内部件必须采用可替换的高强度比材料，异种材料的焊接技术必不可少，如钛合金、铝合金、镁合金同种金属间连接及镁合金－铝合金、钛合金－不锈钢、高温合金－钢异种金属连接等。另一方面，在结构上采用蒙皮与骨架的新型设计来减轻重量，如某型号导弹的仪器舱体和钛合金空气舵均采用这种结构，在强度满足条件的前提下，通常希望骨架厚度越小越好。为保证接头强度，这种焊缝焊接时蒙皮