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發布時間:2024-11-11 瀏覽次數:43819次
激光-電弧復合焊接作為一種新的焊接技術,它是利用激光和電弧作為雙重熱源,同時作用在同一熔池,形成激光引導并穩定電弧,電弧提高金屬對激光吸收率,增強熔滴過渡橋接能力的一種焊接方法,充分發揮了激光焊和電弧焊的優勢,又彌補了各自的不足。尤其是在中、大厚度的材料焊接方面,復合焊接技術具有更大的優勢。因為傳統的焊接方法會存在諸如接頭強度低、效率低、變形嚴重、焊材消耗量大等缺點;而且采用單激光焊接也存在一些不足,諸如接頭裝配工藝要求高、焊接能力受激光功率的制約大、橋接能力差、焊縫咬邊嚴重等。
激光-電弧復合焊作為一種新型的焊接方法,它具有以下三個顯著特點:
1)提高能量利用率,增加焊縫一次熔透深度、焊接速度;
2)降低工件裝配要求;
3)提高焊縫質量,改善焊縫成型;
激光-電弧復合焊接有多種形式,包括Laser-MAG/MIG復合焊接、Laser-TIG復合焊接、激光-等離子弧復合焊接等,其中現階段常用的激光光源是光纖激光器和半導體激光器。例如銳科連續光纖激光器4000W、6000W及光纖輸出半導體激光器4000W。
Laser-MAG復合焊接,有兩個焊接熱源,分別是激光和MAG電弧,單獨作為熱源焊接時均可形成有效熔池,但是熔池的特征不一樣:激光焊接熔池的特征是“深而窄”,開口面積小,深度大,不利于焊縫成型;MAG電弧焊接熔池的特征是“淺而寬”,開口面積大,深度小,有利于焊縫成型,橋接能力強。
在Laser-MAG復合焊接過程中兩個熱源同時作用于母材,兩個熱源之間存在著相互影響,而且兩個熔池之間也存在著相互影響,最終會形成一種新的復合熔池,該復合熔池同時具備激光熔池的“大深度”和電弧熔池的“大面積”,這種復合熔池的深度大、焊縫成型較好、橋接能力強,同時,因為MAG電弧焊接時有焊絲填充,并且焊絲種類可以選擇,所以可以針對母材本身的性能缺陷,選擇合適的焊絲添加到焊接過程中,從而在微觀層面上對焊縫的抗裂性、抗疲勞性、耐蝕性、耐磨性等方面進行有目的性的改善。除此之外,在整個焊接過程中,有兩個熱源作用于母材,其間的相互影響是能夠增大熔深,實現“1+1>2”的效果,因此激光-電弧復合焊接的單次熔透能力會顯著提高。最后,激光-電弧復合焊接可以實現多道堆疊焊接,可以實現大厚度材料的焊接,并且因為電弧的原因上下焊道以及側壁的熔合能力非常強。
隨著激光-電弧復合焊接技術的發展,其應用范圍越來越廣泛,尤其是在國外應用較多,而在國內應用極少,具有廣闊的前景,其應用的主要領域有以下幾個:
在所有制造業中,造船業是激光-電弧復合焊接技術最 大的受益者。歐洲的一些船廠為了維持其在高附加值造船業上的優勢,廣泛采用激光-電弧復合焊這一技術,在厚板焊接應用中,極大的提高了焊接質量和生產效率。具有典型代表意義的是德國的Meyer造船廠已經全部采用激光-電弧復合焊接方法進行輪船的焊接。
德國率先將激光-電弧復合焊接技術應用于汽車的車門、側圍等部件的連接制造,學者Graf T等人在汽車焊接國際論壇上的報告《激光復合焊在大眾和奧迪汽車上的應用[C]》中有介紹稱在大眾輝騰轎車的前門上共有66條焊縫,焊縫總長度達4.98m,其中有48條激光-電弧復合焊縫;奧迪A8轎車的車體框架總復合焊接長度達到了4.5m。
新能源汽車正在蓬勃發展,其動力核心是動力電池,為了降低整體車重,動力電池的托盤一般都選擇使用鋁合金制造,托盤是拼裝焊接,每個托盤的焊縫多達數十條焊縫,而且焊縫強度要求高,焊接效率要求高,傳統弧焊及常規的激光焊接很難滿足要求,而激光-電弧復合焊接是非常符合需求的連接方法。
據石油運輸管道的激光-MAG電弧復合焊接工藝研究發現,焊后與單獨使用激光作為熱源進行對比,采用激光-電弧復合焊可增加20%的熔深,焊接過程更加穩定,有少量飛濺,焊縫成型較好,具有良好熔寬比,無咬邊、未融合等焊接缺陷,焊后經X射線探傷氣孔控制在一定范圍內,不影響焊接接頭質量,滿足工程要求。
采用Laser-MIG復合焊對油罐進行焊接,由于激光的加入使焊縫熔深得到了很大的提高,從而可以進行單面焊,避免了雙面焊給操作帶來的不便。不僅在焊縫質量得到了提高,還在提高焊接效率及生產能力方面取的巨大的突破。目前,激光-電弧復合焊已廣泛應用于德國油罐制造業中。
在航天領域,在中厚板高強鋼的焊接中也開始采用激光-MIG/MAG電弧復合焊接技術,實現了7mm厚3CrMnSiA無預熱激光-MAG電弧復合焊接,大幅度地降低了工人勞動強度和提高了焊接生產效率。