保护气体对高强钢激光-MIG电弧复合焊接的影响焊接铜轮

近年来，8 mm以上的高抗拉强度钢板因其卓越的强度和韧性，在桥梁、管道、船舶等结构中得到广泛应用。传统的焊接工艺，包括多层弧焊、激光焊和电子束焊接，存在一系列问题，如焊缝变形、生产效率低等。为了克服这些问题，需要一种先进的焊接方法。高功率光纤激光器和圆盘激光器的发展为高功率激光与气体金属电弧结合的复合焊接提供了新的可能性，被认为是适用于高强度厚钢板连接的有前途的工艺。本文采用大功率圆盘激光-MIG复合焊接技术进行高抗拉强度钢HT780厚板的实验研究，比较80% Ar-20% CO2和100% CO2两种保护气体对复合焊接的焊缝熔透效果、缺陷和力学性能的影响。焊接铜轮

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论文概述

本文采用了大功率圆盘激光-金属活性气体电弧复合焊接技术，针对11 mm厚的高抗拉强度钢板HT780进行了试验。研究了两种保护气体（80% Ar-20% CO2和100% CO2）对复合焊缝的熔透、缺陷和力学性能的影响。实验中利用高速摄像机和X射线透射实时观测系统对焊接现象进行了详细分析。研究结果显示，在100% CO2气体条件下，激光功率的加工范围较宽，但伴随着较多的飞溅现象。通过优化电弧参数，控制圆弧传递方式形成埋弧，可以显著减少溅射。对焊头和热影响区进行的维氏硬度测试显示了硬化和软化的程度。拉伸试验结果表明，混合焊接的接头在两种气体条件下都远远高于HT780母材的拉伸强度。夏比V型缺口试验进一步表明，在80% Ar-20% CO2气体中混合焊接的接头的数值高于在100% CO2气体中的数值。本文为深入理解不同保护气体对混合焊接性能的影响提供了重要的见解，为生产高质量的高强度厚钢板焊缝提供了有益的指导。焊接电缆

激光电弧复合焊焊接11 mm HT780，激光功率在6-9 KW之间时，当焊接速度为1.5 m/min，电弧电流为280 A，电弧电压为30 V，采用80%Ar-20% CO2作为保护气，发现激光功率在8 KW时焊缝成型效果最好，表面没有明显焊接缺陷，焊后质量极佳。

激光电弧复合焊焊接11 mm HT780，激光功率在5-12 KW之间时，研究发现6 KW、8 KW和10 KW三种激光功率下所得焊后质量良好。

在7 KW的熔池底部可见大量的熔体。在t1时刻，由于这里的表面张力远高于靠近锁眼入口的熔池，形成了一个驼峰，熔融金属流向驼峰部分。在氧含量较低的情况下，当熔池温度下降时，其表面张力增大。凸起部分的温度远低于锁孔入口附近熔池的温度，因此，熔融金属被拉向凸起部分。

在80% Ar-20% CO2气体的情况下，激光匙孔不稳定，部分穿透的钥匙孔尖端有时会产生气泡形成孔隙。在100% CO2气体中，激光功率为8 KW时，观察到激光束能穿透熔池，由于穿透的锁孔稳定，没有气泡产生。

在9 kW时，由于功率密度高，激光束不能穿透熔池。在纯CO2气体复合焊接过程中，检测到许多信号，激光束几乎总能穿透熔池，从而在底表面形成稳定的焊头。

采用100% CO2保护气体复合焊接时产生的飞溅比采用混合保护气体焊接时产生的飞溅多，通过优化电弧电压可以将飞溅减少到混合保护气体焊接时产生的飞溅。

在电弧电压为22 V时，形成了短路传递模式。当焊丝接触熔池壁时，焊丝顶端的熔滴变大，并产生飞溅。在24 V下，建立可控的球形转移模式，熔滴稳定过渡到熔池内，以减少飞溅。在30 V的情况下，电弧长度变长，由于激光束喷射出的强蒸气流和羽流，大量熔滴飞出，导致严重的飞溅。

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总结

对高抗拉强度厚钢进行了激光-MIG复合电弧焊。研究了保护气体(即CO2与Ar的比例)对焊缝熔透、几何形状、缺陷、飞溅现象和力学性能的影响。研究结果总结如下:

1.在80% Ar-20% CO2保护气体的复合焊接中，低激光功率下会产生沿底面的驼峰，高激光功率下由于底部小孔入口的飞溅而产生填充不足。形成良好焊缝的合适焊接参数相对受限。

2.结果表明，在100% CO2气体中复合焊接时，焊缝的熔深有所增加。此外，所有焊缝均无气孔。形成良好焊缝的激光功率条件的工艺参数范围较宽。

3.在80% Ar- 20% CO2保护气体的情况下，熔体从底部锁孔入口流向后部，导致形成驼峰。相反，在100% CO2气体的情况下，从匙孔到后部的熔体流动不强而形成驼峰，并且在熔池底表面附近观察到从后部到钥匙孔入口的流动，从而防止了焊缝表面的驼峰滚焊轮。

4.在复合焊接过程中，激光不一定能穿透小孔。在100% CO2气体复合焊接中，当激光几乎全部穿透小孔时，可获得良好的焊缝。

5.在100% CO2气体复合焊接中，通过优化电弧电压可获得短埋弧传递模式，从而减少飞溅的形成。