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Nd:YAG激光—短路过渡GMAW复合热源焊接特性研究

徐孝福  
【摘要】: 本文采用2000W连续输出的Nd:YAG固体激光与短路过渡GMAW焊旁轴复合的焊接方式,系统地研究了激光-短路过渡GMAW复合热源焊接工艺特性,获得了各种焊接参数对焊缝成形、焊接过程稳定性和焊接飞溅率的影响关系。并通过高速摄像系统、电弧电信号采集分析系统、电弧光谱采集分析系统深入分析了Nd:YAG激光-短路过渡GMAW复合热源焊接过程中,激光的加入对熔淌过渡形态的作用、激光对熔池流场的影响、激光对电弧形态和能量分布的影响,以及激光-短路过渡GMAW复合热源改善焊缝成形、提高焊接过程稳定性、减小焊接飞溅、提高熔池流动性的作用机制。 通过系统的工艺研究发现激光-短路过渡GMAW复合热源焊接能有效地改善焊缝成形、增加熔滴过渡频率、提高焊接过程稳定性、减少焊接飞溅率,并发现改变复合热源焊枪角度,采刖激光倾斜焊丝垂直的角度可以进一步抑制飞溅产生;激光-短路过渡GMAW复合热源能有效地提高焊接速度、改善焊缝成形、抑制驼峰焊道的产生。 通过对激光-短路过渡GMAW复合热源焊接特性分析,认为激光对焊缝熔深的增加起到主导作用;激光-短路过波GMAW复合热源焊接熔池表面张力具有负的温度系数,激光加入后增加了熔池的温度,降低了熔池的表面张力:激光一短路过渡GMAW复合热源焊接等离子体辐射强度明显增加,并且电弧的能量更集中作用于熔池中心区域和近熔池表面,提高了熔池中心区域的温度,降低了熔池表面张力,增加了整个熔池表而张力梯度;激光-短路过波GMAW复合热源焊接熔池表面流速明显大于常规GMAW焊的熔池表面流速。在熔池温度升高、表面张力变小和熔池流速增加的共同作用下,获得了焊缝熔深大、焊缝余高小、焊缝熔宽大、焊缝涧湿角小的优质激光-短路过渡GMAW复合热源焊缝。 激光-短路过渡GMAW复合热源中熔池的“浪涌现象”缩短了燃弧时间T_3,复合热源降低熔池表而张力,熔池表面流速的提高缩短了短路时间T_1,因此激光-短路复合热源焊接熔滴的短路周期T_C减小,熔淌过渡频率提高。 激光-短路过渡GMAW复合热源中激光与电弧的相互作用降低了熔池的表面张力,使熔池的作用范围变大,缓冲了液桥爆破力对熔池的冲击形成的飞溅。激光垂直焊丝倾斜角度激光-短路复合热源短路液桥颈缩过程中液桥有向焊丝尖端滑动过程,最终液桥爆破力形成向前甩出的飞溅:激光倾斜焊丝垂直复合热源角度液桥不存在滑动的过程,熔淌过渡到熔池后,并不断向熔池后方流动,液桥爆破形成极少量的飞溅。 最后,在较全面地了解和掌握激光-短路过渡过渡GMAW复合热源焊接特征和作用机制的基础上,结合产品的实际要求,将激光-短路过渡GMAW复合热源焊接技术成功地应用到某缸体的焊接中。在保证焊缝质量和焊接变形量的基础上,提高了焊接效率1倍以上,完成了试验室阶段到实际生产阶段的转化任务,为激光-短路过渡GMAW复合热源焊接技术的实际工程应用奠定基础。


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