激光―MIG电弧复合热源焊接主要影响因素浅析

激光―MIG电弧复合热源焊接主要影响因素浅析

康长海

激光―MIG电弧复合热源焊接特性

激光―MIG复合热源焊接是将两种焊接方法组合起来，它不禁需要调节本身两种焊接方法的参数，还需要调节自身特有的参数，这些参数是由激光电弧相互作用产生的。由于激光-MIG复合焊参数众多，焊接参数的合理匹配对焊接质量有着重要的影响。因为单道焊接参数是研究多层多道焊接的基础，所以了解单道焊接时，各种焊接参数对整个焊接过程的影响十分重要。

激光―MIG电弧复合热源焊接的主要影响因素

保护气体流量

用氦气做保护气可以使焊缝熔深得到很大的提高，是一种很好的提高熔深的方法。经过实验，我们发现当电流为178A，电压为25.8V时。保护气流量的最佳效果在32L/min左右。用CO2做保护气时可以减少咬边，减少应力集中。但用CO2做保护气时焊接电弧不稳定，飞溅很大，焊缝成形也不是很好。所以以下针对激光于MIG复合做研究。

激光功率

在熔滴过渡形式为射流过渡时，激光功率的变化对焊缝表面成形的改善程度影响并不明显，加入激光后，不同功率下的焊缝表面成形十分相似，与单MIG焊接相比焊缝表面成形有所改善，焊缝更加连续，熔宽略有增加。从熔深方面来看，喷射过渡形式下焊缝熔深和激光功率的变化规律与短路过渡时是相同的，即随着激光功率的增加，熔深也随之增加，从试验结果来看，在功率为2180W时复合效果最好。

电弧功率

激光―MIG复合热源焊接在不同电流下的熔滴过渡形式的变化规律与MIG焊接相似，即在小电流情况下，复合热源焊接的熔滴过渡形式是短路过渡，当电弧电流增大到130A以上后，熔滴过渡形式主要为喷射过渡。从焊缝熔深方面来看，焊缝熔深随着焊接电流的增加而增加，当电流较小在短路过渡时，复合热源焊接的熔深与单激光焊接的熔深相近，当电弧电流增加后过渡形式变成喷射过渡时，随着电弧电流的增大，焊缝熔深增加效果明显提高，焊缝熔深随着电流增加的增加幅度要比短路过渡时提高很多，原因是较大的电弧电流使工件表面熔化程度更大，增加了对激光的吸收率，提高了熔深。实验结果得出，当电流为178A，电压为25.8V时，焊缝成型相对较好，焊接时电弧稳定，飞溅比较少。

4、激光与焊丝间距

由于激光―MIG复合热源焊接是激光与电弧相互共同作用到工件上的一种焊接方法，激光与电弧的相互增强作用与其相对位置十分重要，所以在激光-MIG复合热源焊接的各工艺参数中，激光与电弧的相对位置关系对焊接工艺有着十分重要的影响，激光与焊丝的间距就是重要的焊接参数之一，由于本实验采用的是射滴过度形式，所以得到以下几点：当熔滴过渡形式为射滴过渡时，加入激光后，复合热源焊接焊缝的熔深增加幅度要大于短路过渡时熔深的增加幅度，当激光与焊丝的间距在3mm时复合效果较好，熔深较大，在激光功率为2800W的情况下可将6mm厚的碳钢焊透

焊接速度

焊接速度对复合热源焊接的焊缝成形有着重要的影响，在不同焊接速度下，由于激光作用在熔池的时间不同，激光与电弧的相互作用情况也不同，所以激光―MIG复合热源焊接的焊缝成形也有所不同。在焊接速度较小时，加入激光后，由于焊接速度较小，激光作用在熔池的时间较长，这样使熔深较大，并且在小的焊接速度下，激光对电弧的控制吸引作用更加明显，加光后焊缝的熔深和熔宽都有较大幅度的提高。当焊接速度较大时，加入激光后，激光对电弧的控制吸引作用要小于较低焊接速度时激光对电弧的作用效果，从焊缝外观来看，较大焊接速度时加入激光后对焊缝表面成形的改善作用效果不如较小焊接速度下的改善效果。从焊缝熔深方面来看，随着焊接速度的增加，激光―MIG复合热源焊接焊缝的熔深也随之降低，

离焦量

离焦量的大小，影响材料表面熔化斑点的直径及熔池的径深比。虽然正负离焦量大小相等时，工件表面的功率密度相等，但一般来说负离焦量时工件内部功率密度大于表面处，焦点处的高能量密度完全用于熔化母材，因此可获得更大的熔深，另外焦点位置小于零，工件与喷嘴端部较近，保护气因流动路径的缩短而挺度增加，有利于进一步消除等离子体。经过实验，我们得出当参数为178A，25.8V时采用离焦量为-1mm时效果最好，焊缝成形也比较好。

6mm厚板堆焊的复合热源焊接焊接

6mm厚板堆焊是为了之后的6mm对焊做准备，主要目的是找出较好的工艺参数，使焊接过程中有较少的飞溅，较大的熔深和熔宽，较好的焊缝成型，避免咬边现象的产生。当电流178A，电压25.8V，激光功率2180W光丝间距为4mm，离焦量为0mm时6mm厚钢板堆焊焊缝焊接时有很大的飞溅，电弧也不稳定。经过调整焊接工艺参数等方法，解决了以上问题。用这种参数后，解决了飞溅，电弧不稳定等缺陷，并且提高了焊缝成型质量。为以后的6mm厚钢板对接复合焊接做好了基础。

结论

通过激光－MIG复合热源焊接的工艺试验得到了以下几条结论：

1. 激光―MIG复合焊接与单激光焊接相比，焊缝熔宽熔深增加，改善了焊缝成形。

2. 当激光功率一定的情况下，增大保护气流量可有效降低激光等离子体对激光能量的影响，提高焊缝熔深，但保护气流量增加到一定程度后，会影响复合电弧的稳定性，焊缝成形变差，焊缝熔深甚至变浅，所以保护气流量与激光功率之间存在一个最佳配比范围。

3. 对于激光―MIG复合热源焊接6mm厚钢板时，主要工艺影响因素有激光功率，电弧功率，激光束与焊丝之间间距，离焦量和焊接速度。随着焊接电流的增大，激光束与焊丝间距应适当减小。获得最佳工艺参数范围为：在178A的射滴过渡时，当激光束与焊丝尖端之间间距为3mm时，激光功率为2180W时复合效果最佳。

4. 由于离焦量不同时，电弧对激光能量的吸收和散焦不一样，一般离焦量在工件上表面-1mm左右可以得到较好的复合效果。

 

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