热源间距对激光-电弧复合焊焊缝成形和组织的影响
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降低焊 接接 头 硬 度 、 高 接 头 金 属 性 能 且 易 于 实 现 自 提
动化 的优 点 。
率 Ｐ ＝ Ｗ， ５ｋ 光束 模 式有 Ｔ Ｍ ０和 Ｔ Ｍ １光 束 质量 ＥＯ Ｅ Ｏ，
因数 ｋ ． ， 散度 约 ０ ０ １ｒｄ 接 近于 平 行 ， 斑 直 ≥０ ９ 发 ． ０ ａ ， 光
１ｍ ３ ％ Ｈ ｍ，０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅ＋７ ％ Ａ 为 同轴 保 护 气 体 ， 量 为 ０ ｒ 流
，
０． ／ ５ ｍ。 ｈ
少量 Ｈ ｅ和 Ａ 做侧 吹保 护 ， Ｇ 采用 ２ ／ ｒ ＭＡ ０Ｌ
１ ８
２１ ０ ２年 第 ３期
摘要
采用 Ｃ ： Ｏ 激光与 ＭＡ Ｇ电弧进行旁轴复合焊接 ， 究 了不 同热源 间距 对焊缝形 貌 、 研 熔宽及熔 深 的影响 ，
分析 了焊接顺序对不 同热 源间距 时的焊缝形 貌 、 深宽及微观组织 的作用机理 。研 究表 明 ： 对于 中碳 高强 钢 ， 采用 激 光后置 的复合焊接形式较好 ， 电弧对焊接金属起到预 热和微 熔作用 ， 高了材料 对激光 的吸 收率 ， 加熔深 ， 源 提 增 热 间距为 ２ｍｌ时 ， ｉ ｌ 熔深最 大 ； 而热源间距为 ４ｍ ｍ和 ６ｍｍ时 ， 焊缝 表面形貌较好 ， 激光前 置时两 热源 的耦 合效 果 但 较差 ； 激光后置时的焊接接头显微组织均匀 ， 微观缺陷少 。
了实 际应 用 ～ 。
和组织 的影 响 关 系 ， 而 为激 光 一电 弧 复 合 焊 接 技 术 进
的实 际应 用提供 理论 依据 。
１ 试验 方 法 １ １ 试验 设备 ．
激 光 一电弧 复合 焊接 时 电弧 和激 光 的相 互 作 用使 得焊 接过 程更 加 稳定 ， 以减 少 气 孔 和 咬边 等 缺 陷 ， 可 获 得 良好 的焊缝 成 形和 接 头力 学 性 能 。随 着 焊接 结 构 对
近年来 ， 光 一电弧 复合 焊 接 技 术 已成 为 先 进 制 激
造 领 域 的前 沿 课 题 ， 、 美 等 发 达 国家 投 入 了大 量 德 日、
人 力和物力 进 行研 究 ， 已取 得 了一批 研 究 成果 ， 并在 汽 车业 、 压力 容器 、 船业 、 空 业 、 造 航 国防 工业 等 领 域 得 到
收 稿 日期 ：２ 】 ２—１ ０ｉ 一１ ５
件表面。试验共计 ２ ， 组 主要试验参数见表 １离焦量 △ ， 厂
＝ 一
基金项 目： 新世纪优 秀人才计 划 （ ｏ Ｘ Ｊ０８—１ ； Ｎ ． Ｓ２０ ） 国家科技部 基础研
究项 目（ ｏ ２ ０ Ｄ Ｂ ０ ６ 。 Ｎ ． ０ ９ Ｆ ７ ３ ０）
采用 电弧 在 后 和 电弧 在 前 两 种 复 合 热 源 形 式 ， 在 平 板上 堆焊进行研 究 。试 验 材料 为一 种 中碳 高 强 钢 ， 试 件 尺寸为 ６ｍ ｍ ｘ ２ ｍ， ｍ Ｘ ０ｍ ０ｍ 焊接前用酒 精擦 洗试 ３ １
是解 决 现存 问题 的有 效 手段 。热 源 间距 影 响 了光 致 等
试验 中采用 Ｒ ｆ ｏ ｎ公 司 生 产 的 Ｄ ５ Ｌ Ｂ Ｃ ｉ Ｃ００Ｓ Ａ Ｏ
激 光器 和松 下公 司生 产 的 Ｙ Ｄ一３ ０ ２ Ｇ ５ ＡＧ Ｈ Ｅ微 电脑 焊
强度 的要求 ， 强钢在 焊 接 结构 中 的应 用越 来 越 广 泛 ， 高
其 焊接 时普 遍 存 在 着 硬 化 性 、 接 裂 纹 和 韧性 降 低 的 焊
接波形控制脉冲 Ｍ Ｇ Ｍ Ｇ焊机 ， 行设置复合焊接装 Ｉ／ Ａ 自
置组成 焊 接 系统 。Ｃ 激 光 波 长 Ａ＝１ ． ｍ， Ｏ ０ ６ ｔ 额定 功 ｘ
问题 ｌ 。焊 接 又 是 实 现 高 强 钢 推 广 应 用 的 主 要 手 段 ， 各种 焊接 方 法 中激 光 一电 弧 复 合 焊 接 技 术 具 有 在
径 Ｄ＝ ． ０ ３ｍｍ。ＭＩ ／ Ｇ焊 机可 焊接 钢 、 Ｇ ＭＡ 铝及 铝 合 金
材料 ， 使用 Ｃ ， ｒ 合保 护 气体 ， 丝速 度 与 电参 数 Ｏ ＋Ａ 混 送
自动匹配 。
１ ２ 试验 方 法 ．
目前 ， 国内外 学 者 对 高 强 钢 激 光 一电弧 复 合 焊 接
的研究 侧 重于 焊接 工艺 ， 乏对 焊缝 组 织 的深 入研 究 ， 缺 焊 缝组 织 反 映 了工 艺 参 数 的 合理 性 ， 定 了焊 接 接 头 决 的宏 观性 能 。 因此 ， 艺 参 数 与 微 观 组 织 的并 行 研 究 工
关键词 ： 复合焊接
高强钢
热 源 间距
焊 缝成 形
显 微 组 织
中 图分 类 号 ： Ｔ ４ ６ ７ Ｇ ５ ．
０ 前
言
离 子体 和 电弧 等 离 子 体 之 间 的相 互 作 用 ， 两 种 等 离 对
子体 的耦 合 起 到 关 键 作 用 ， 响 焊 接 过 程 的 稳 定 性 。 影 文 中从 热 源 间距 及 焊接 方 向 的角 度 阐释 其 对 焊 缝成 形
俘 掳 试验研究 乡 —
热 源 间 距 对 激 光 －电 弧 复 合 焊 焊 缝 成 形 和 组 织 的 影 响
长 春 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 （３０２ １０ ２ ） 内蒙 古第一机 械 制造 集 团有 限公 司工 艺研 究所 （ 包头 市 ０ ４ ３ ） １ ０ ２ 刘 凤德 王 宇琪 张 宏 薛 川
动化 的优 点 。
率 Ｐ ＝ Ｗ， ５ｋ 光束 模 式有 Ｔ Ｍ ０和 Ｔ Ｍ １光 束 质量 ＥＯ Ｅ Ｏ，
因数 ｋ ． ， 散度 约 ０ ０ １ｒｄ 接 近于 平 行 ， 斑 直 ≥０ ９ 发 ． ０ ａ ， 光
１ｍ ３ ％ Ｈ ｍ，０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅ＋７ ％ Ａ 为 同轴 保 护 气 体 ， 量 为 ０ ｒ 流
，
０． ／ ５ ｍ。 ｈ
少量 Ｈ ｅ和 Ａ 做侧 吹保 护 ， Ｇ 采用 ２ ／ ｒ ＭＡ ０Ｌ
１ ８
２１ ０ ２年 第 ３期
摘要
采用 Ｃ ： Ｏ 激光与 ＭＡ Ｇ电弧进行旁轴复合焊接 ， 究 了不 同热源 间距 对焊缝形 貌 、 研 熔宽及熔 深 的影响 ，
分析 了焊接顺序对不 同热 源间距 时的焊缝形 貌 、 深宽及微观组织 的作用机理 。研 究表 明 ： 对于 中碳 高强 钢 ， 采用 激 光后置 的复合焊接形式较好 ， 电弧对焊接金属起到预 热和微 熔作用 ， 高了材料 对激光 的吸 收率 ， 加熔深 ， 源 提 增 热 间距为 ２ｍｌ时 ， ｉ ｌ 熔深最 大 ； 而热源间距为 ４ｍ ｍ和 ６ｍｍ时 ， 焊缝 表面形貌较好 ， 激光前 置时两 热源 的耦 合效 果 但 较差 ； 激光后置时的焊接接头显微组织均匀 ， 微观缺陷少 。
了实 际应 用 ～ 。
和组织 的影 响 关 系 ， 而 为激 光 一电 弧 复 合 焊 接 技 术 进
的实 际应 用提供 理论 依据 。
１ 试验 方 法 １ １ 试验 设备 ．
激 光 一电弧 复合 焊接 时 电弧 和激 光 的相 互 作 用使 得焊 接过 程更 加 稳定 ， 以减 少 气 孔 和 咬边 等 缺 陷 ， 可 获 得 良好 的焊缝 成 形和 接 头力 学 性 能 。随 着 焊接 结 构 对
近年来 ， 光 一电弧 复合 焊 接 技 术 已成 为 先 进 制 激
造 领 域 的前 沿 课 题 ， 、 美 等 发 达 国家 投 入 了大 量 德 日、
人 力和物力 进 行研 究 ， 已取 得 了一批 研 究 成果 ， 并在 汽 车业 、 压力 容器 、 船业 、 空 业 、 造 航 国防 工业 等 领 域 得 到
收 稿 日期 ：２ 】 ２—１ ０ｉ 一１ ５
件表面。试验共计 ２ ， 组 主要试验参数见表 １离焦量 △ ， 厂
＝ 一
基金项 目： 新世纪优 秀人才计 划 （ ｏ Ｘ Ｊ０８—１ ； Ｎ ． Ｓ２０ ） 国家科技部 基础研
究项 目（ ｏ ２ ０ Ｄ Ｂ ０ ６ 。 Ｎ ． ０ ９ Ｆ ７ ３ ０）
采用 电弧 在 后 和 电弧 在 前 两 种 复 合 热 源 形 式 ， 在 平 板上 堆焊进行研 究 。试 验 材料 为一 种 中碳 高 强 钢 ， 试 件 尺寸为 ６ｍ ｍ ｘ ２ ｍ， ｍ Ｘ ０ｍ ０ｍ 焊接前用酒 精擦 洗试 ３ １
是解 决 现存 问题 的有 效 手段 。热 源 间距 影 响 了光 致 等
试验 中采用 Ｒ ｆ ｏ ｎ公 司 生 产 的 Ｄ ５ Ｌ Ｂ Ｃ ｉ Ｃ００Ｓ Ａ Ｏ
激 光器 和松 下公 司生 产 的 Ｙ Ｄ一３ ０ ２ Ｇ ５ ＡＧ Ｈ Ｅ微 电脑 焊
强度 的要求 ， 强钢在 焊 接 结构 中 的应 用越 来 越 广 泛 ， 高
其 焊接 时普 遍 存 在 着 硬 化 性 、 接 裂 纹 和 韧性 降 低 的 焊
接波形控制脉冲 Ｍ Ｇ Ｍ Ｇ焊机 ， 行设置复合焊接装 Ｉ／ Ａ 自
置组成 焊 接 系统 。Ｃ 激 光 波 长 Ａ＝１ ． ｍ， Ｏ ０ ６ ｔ 额定 功 ｘ
问题 ｌ 。焊 接 又 是 实 现 高 强 钢 推 广 应 用 的 主 要 手 段 ， 各种 焊接 方 法 中激 光 一电 弧 复 合 焊 接 技 术 具 有 在
径 Ｄ＝ ． ０ ３ｍｍ。ＭＩ ／ Ｇ焊 机可 焊接 钢 、 Ｇ ＭＡ 铝及 铝 合 金
材料 ， 使用 Ｃ ， ｒ 合保 护 气体 ， 丝速 度 与 电参 数 Ｏ ＋Ａ 混 送
自动匹配 。
１ ２ 试验 方 法 ．
目前 ， 国内外 学 者 对 高 强 钢 激 光 一电弧 复 合 焊 接
的研究 侧 重于 焊接 工艺 ， 乏对 焊缝 组 织 的深 入研 究 ， 缺 焊 缝组 织 反 映 了工 艺 参 数 的 合理 性 ， 定 了焊 接 接 头 决 的宏 观性 能 。 因此 ， 艺 参 数 与 微 观 组 织 的并 行 研 究 工
关键词 ： 复合焊接
高强钢
热 源 间距
焊 缝成 形
显 微 组 织
中 图分 类 号 ： Ｔ ４ ６ ７ Ｇ ５ ．
０ 前
言
离 子体 和 电弧 等 离 子 体 之 间 的相 互 作 用 ， 两 种 等 离 对
子体 的耦 合 起 到 关 键 作 用 ， 响 焊 接 过 程 的 稳 定 性 。 影 文 中从 热 源 间距 及 焊接 方 向 的角 度 阐释 其 对 焊 缝成 形
俘 掳 试验研究 乡 —
热 源 间 距 对 激 光 －电 弧 复 合 焊 焊 缝 成 形 和 组 织 的 影 响
长 春 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 （３０２ １０ ２ ） 内蒙 古第一机 械 制造 集 团有 限公 司工 艺研 究所 （ 包头 市 ０ ４ ３ ） １ ０ ２ 刘 凤德 王 宇琪 张 宏 薛 川