第五章 先进激光焊接新工艺和新方法

第五章先进激光焊接新工艺与新方法1.为什么要用先进激光焊接工艺？2.新工艺和新方法主要有哪些？3.各新工艺主要解决什么问题？4.新工艺的工业应用及其如何合理选

择不同工艺？

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t e r m a r k

引言

激光焊接的基本特点

等离子体

能量密度大精度高成本装配精度熔池

焊接速度快反射率匙孔

变形小柔性大

气孔、裂纹焊接过程稳定性差

开发高效高适应激光焊接新技术

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x-P

Torch

Laser beam

Torch

Laser beam

联合焊接

耦合焊接

Weld metal

耦合焊接

联合焊接

(复合焊接)

Hybrid welding

Laser welding

P=8kW I=260A P=10kW

P=8kW, I=260A

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激光－电弧复合焊接特点

能量密度提高，增大焊接熔深。

增大熔深较低功率激光与电弧复合可获得高功率等级激光的焊接熔深。降低成本降低对间隙、对中、错边的敏感性。激光－AC TIG复合焊接铝合金有利于氧化膜破碎、匙孔提高适应性稳定、减少气孔。电弧的辅助加热，可提高激光焊接速度；激光

提高效率引导电弧，可实现高速TIG焊接。

减少缺陷

减缓凝固时间，改善熔化金属与固态母材的润湿性，减少气孔、裂纹、咬边等缺陷。

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激光与电弧的相互作用位置

Electrode

Shield gas for laser

Laser beam

Shield

gas

for arc

Hollow electrode Arc

Workpiece

旁轴复合

同轴复合

适合三维空间焊缝焊接，自动化程度高；

灵活性强，设备简单，焊接参数

调整相对容易；

结构体积大焊接方向性限制参数不易调节，结构复杂结构复杂。

结构体积大、焊接方向性限制。

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同轴复合方式

laser beam

lens

laser beam 1laser beam 2

Laser beam

electrode

arc

Plasma torch

arc

Plasma arc

Workpiece

双光束与电弧同轴复合多电极同轴复合空心电极同轴复合

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激光与电弧热源类别

激光种类：

CO 2、YAG 、Diode 、Fiber 电弧种类：Laser beam

激光－TIG 电弧

TIG 、MIG/MAG 、PLASMA Plasma torch

Plasma arc

Workpiece

激光－MIG/MAG

激光－Plasma

激光－双电弧

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能量传输机制

激光＋TIG/等离子弧

激光＋MIG/MAG 电弧

电弧形态变化

熔滴过渡变化

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复合电弧的稳定性

稳定焊接过程

非稳定焊接过程

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5.1 激光－电弧复合热源焊接技术 复合焊接熔滴过渡稳定性控制
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不稳定熔滴过渡 （低保护气流）
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稳定熔滴过渡 （较高保护气流）

5.1 激光－电弧复合热源焊接技术 激光-TIG复合能量传输机制 电弧形态变化
TIG焊 旁轴 复合 激光-TIG复合焊 激光-TIG复合焊 k r
同轴 复合
P x
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a
r e t
a m
电弧根部被牢固吸引和收缩,热源在工件表面的作用区明显减小

5.1 激光－电弧复合热源焊接技术 复合焊能量密度变化
热源作用于工件表面的能量密度：
E I= 2 πr
I－能量密度 E－复合热源总功率 r－复合热源作用半径
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纯电弧电流密度
复合后电弧电流密度可提高几十倍！
复合电弧电流密度

5.1 激光－电弧复合热源焊接技术 物理机制
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W F D
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三个区域： 1. 两种热源复合前 2. 两种热源初始复合 3 两种热源在工件表面的复合 3.
激光光致等离子体是导致电 弧根部收缩的根本原因