劉玉宗

株洲國(guó)創(chuàng)軌道科技有限公司，湖南 株洲 417000

0 引言

隨著制造工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接制造技術(shù)的水平也有了較大的提升。激光和電弧復(fù)合焊接制造不僅能夠在很大程度上消除激光和電弧焊接所存在的問(wèn)題，而且能夠形成一種全新的焊接模式，因此有必要找出一種適合運(yùn)用于該焊接模式的焊絲，以便保障其焊縫質(zhì)量。

1 激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的原理

激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是在電弧的基礎(chǔ)上進(jìn)行，選擇能耗較低的脈沖激光，以增強(qiáng)電弧，從而讓電弧的能量有很大的提升，進(jìn)而獲得理想的焊接效果。相比傳統(tǒng)大功率焊接，激光-電弧復(fù)合焊接不僅能夠利用低功率來(lái)獲取高效率的焊接，減少能源的消耗，而且能夠提高焊接適應(yīng)性[1]。

在激光的影響下，電弧的能量有較大的增強(qiáng)，這也使得電弧焊接的能力有了一定程度的提升，低功率激光有助于引導(dǎo)電弧，從而提升焊接質(zhì)量。為了更好地研究激光增強(qiáng)電弧作用效果，對(duì)電弧焊接和激光電弧復(fù)合焊接進(jìn)行研究，了解兩者的實(shí)際情況。在電弧中加入激光，可以提升焊接整個(gè)過(guò)程的峰值和溫度[2]。復(fù)合焊接過(guò)程中，等離子電子溫度波動(dòng)相對(duì)較小，這也能夠說(shuō)明電弧復(fù)合焊接的穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)電弧復(fù)合焊接不同位置等離子溫度和密度分析計(jì)算能夠發(fā)現(xiàn)，在激光加入電弧后，等離子的密度有明顯的提升。

通過(guò)研究能夠看到，在利用激光和電弧復(fù)合焊接時(shí)，激光在不同位置上的作用效果各不相同[3]。為了更好地發(fā)揮電弧的價(jià)值，對(duì)激光脈沖和柔性電弧進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論激光處在正半波還是負(fù)半波，激光脈沖的加入都能夠更好地增加電弧等離子體積，增強(qiáng)其亮度。同時(shí)，電弧會(huì)被吸引到激光孔中，以保證其穩(wěn)定性。

2 激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)

2.1 激光-MIG電弧復(fù)合焊接技術(shù)

研究人員在對(duì)激光-MIG電弧復(fù)合焊接技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)激光的焦點(diǎn)是在熔池最低處，電弧將熔化的金屬排開(kāi)，進(jìn)而形成低坑，能夠獲得更好的熔深。在選擇合適電流的情況下，按照一定速度可以焊透鋼板[4]。通過(guò)使用這種技術(shù)來(lái)焊接鋁合金，不僅焊縫成形美觀，而且沒(méi)有傳統(tǒng)焊接所存在的問(wèn)題，焊深比激光焊提高4倍，焊速明顯。與常見(jiàn)的旁軸激光電弧復(fù)合焊接相比，激光-MIG電弧復(fù)合焊接能夠保證焊接質(zhì)量，適用于三維焊接。同時(shí)，激光-MIG電弧復(fù)合焊接不僅能夠確保電弧的穩(wěn)定，提高熔化的效率，還能夠改善焊縫的成形效果。

2.2 激光-雙MIG復(fù)合焊接技術(shù)

激光-雙MIG復(fù)合焊接技術(shù)是將2個(gè)MIG電弧進(jìn)行復(fù)合，每一個(gè)焊炬和激光束的位置都可以進(jìn)行有效調(diào)整，而且2個(gè)焊炬是利用單獨(dú)的電源來(lái)進(jìn)行工作。這種技術(shù)的最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高工作效率。激光-雙MIG復(fù)合焊接的速度與加單電弧復(fù)合相比，能夠提高33%，是傳統(tǒng)焊接速度的8倍，而且能夠有效控制熱輸入，空間調(diào)度大，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化焊接。

3 試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)方法

采 用100 mm×100 mm×10 mm的6082-T6鋁 合 金，在前期的工藝基礎(chǔ)上，使用定制尺寸的焊嘴，改變焊接的激光功率、焊接速度、離焦量、送絲速度、保護(hù)氣流量和焊絲種類，針對(duì)6082-T6鋁合金激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)氣孔率高的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。焊縫表面成形情況如圖1所示。

圖1 焊縫表面成形情況

表1 試驗(yàn)參數(shù)

3.2 試樣檢測(cè)

（1）ER4043焊絲。為了觀察焊縫內(nèi)部氣孔分布情況，利用電火花切割機(jī)將試板進(jìn)行線切割，然后對(duì)試樣進(jìn)行超聲波清洗、鑲樣、拋磨、腐蝕，待能明顯看出焊縫組織后放置在三維視頻顯微鏡和金相顯微鏡下進(jìn)行觀察。

使用ER4043焊絲的焊縫橫截面的宏觀形貌如圖2所示。所對(duì)應(yīng)的焊接工藝參數(shù)為表1中1～6號(hào)試樣，當(dāng)激光功率為4 kW，焊接速度為20 mm/s，離焦量為5 mm，送絲速度為5 m/min時(shí)，焊縫成形最佳，并且氣孔較少，這是由于當(dāng)焊接速度較小時(shí)，熔池中的氫氣有一定的時(shí)間逸出，當(dāng)熔池凝固時(shí)，殘留在焊縫中的氣孔較少。并且，隨著激光功率和速度的增大，焊縫的熔深都有所增大。焊縫橫截面微觀形貌如圖3所示。從圖3可知，1號(hào)試件與3號(hào)試件一樣，氣孔較少且大多分布于焊縫上部，這主要是因?yàn)楹附铀俣容^大時(shí)，熔深較小，使得氫氣更易從熔池中逸出。

圖2 ER4043焊絲焊縫橫截面形貌

圖3 ER4043焊絲焊縫橫截面微觀形貌

（2）ER4047焊 絲 和ER5087焊 絲。ER4047焊 絲 和ER5087焊絲的焊縫橫截面微觀形貌如圖4、圖5所示。其焊接工藝參數(shù)均為當(dāng)激光功率為4 kW，焊接速度為20 mm/s，離焦量為5 mm，送絲速度為5 m/min。從圖4、圖5可以看出，ER4047焊絲的相比ER4043焊絲的氣孔數(shù)量有所增加；而ER5087焊絲的氣孔較少，但孔徑較大。

圖4 ER4047焊絲焊縫橫截面微觀形貌

圖5 ER5087焊絲焊縫橫截面微觀形貌

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，在6082-T6鋁合金激光-電弧復(fù)合焊接試驗(yàn)中，激光功率為4 kW，焊接速度為20 mm/s，離焦量為5 mm，送絲速度為5 m/min時(shí)，相比ER4047焊絲和ER5087焊絲，ER4043焊絲的氣孔率有所降低，并且焊接成形良好。