激光深熔焊接時(shí),會(huì)在熔池的上方產(chǎn)生等離子體云,等離子體云的屏蔽效應(yīng)(對(duì)激光的吸收和散射)將導(dǎo)致激光焊接能量的利用率明顯降低,極大地影響激光焊接的效果,并且離子體對(duì)激光的吸收與正負(fù)離子密度的乘積成正比。如果這時(shí)在激光束附近引入電弧,將使電子密度顯著降低,等離子體云得到稀釋,減少對(duì)激光的消耗,提高工件對(duì)激光的吸收率。號(hào)一方面,由于工件對(duì)激光的吸收率隨溫度的升高而增大,電弧對(duì)焊接母材接口進(jìn)行預(yù)接口溫度升高,也使激光的吸收率進(jìn)一步提高。同時(shí),激光束對(duì)電弧有聚焦、引導(dǎo)作用,使電弧的穩(wěn)定性和效率提高。激光與電弧復(fù)合技術(shù)既減少了等離子體云的屏蔽,同時(shí)又穩(wěn)定了電弧,提高了焊接效率。
激光焊接的熱作用和影響區(qū)較小,焊接端面接口容易造成錯(cuò)位和焊接不連續(xù)現(xiàn)象,在隨后的快速冷卻、凝固時(shí),很容易產(chǎn)生裂紋和氣孔。而在激光與電弧復(fù)合焊接時(shí),由于電弧的熱作用范圍、熱影響區(qū)較大,可緩和對(duì)接口精度的要求,減少錯(cuò)位和焊接不連續(xù)現(xiàn)象。同時(shí),電弧加熱的溫度梯度較小,冷卻、凝固過(guò)程較緩慢,有利于氣體的排除,降低內(nèi)應(yīng)力,減少或消除氣孔和裂紋。由于電弧焊接容易使用添加劑,可以填充間隙,采用激光與電弧復(fù)合焊接的方法能減少或消除焊縫的凹陷。
激光與電弧復(fù)合焊接主要包括兩種:激光與氫弧焊(TIG)或氣體保護(hù)焊(MIG)的復(fù)合焊接。日本三菱重工研制了Nd:YAG激光與電弧軸復(fù)合焊接系統(tǒng),其示意圖如圖8-16所示,同軸焊接工作頭如圖8-17所示
激光與TIG復(fù)合焊接的特點(diǎn)如下。
① 由于電弧增強(qiáng)激光的作用,可使激光器的功率明顯降低。
②可實(shí)現(xiàn)薄件的高速焊接。
③可增加焊接熔深,改善焊縫成形,獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。
④可降低母材焊接端面接口精度要求。
例如,當(dāng)TIG電弧的電流為90A,焊接速度2m/min條件下,0.8kWCO2激光焊機(jī)相當(dāng)于5kWCO2激光焊機(jī)的焊接能力;5kWCO2激光束與300A的TIG電弧復(fù)合,焊接速度
0.5~5m/min時(shí),獲得的熔深是單獨(dú)使用5kWCO2激光束焊接時(shí)的1.3~1.6倍
激光與MIG復(fù)合焊接具有激光與TIG復(fù)合焊接的所有特點(diǎn),并且它能夠通過(guò)添加合金元素調(diào)整焊縫金屬成分的方法消除焊縫凹陷。日本東芝公司使用6kWCO激光與7.5kW MIG電弧復(fù)合焊接,可以焊透16mm厚的不銹鋼板,焊接速度為700mm/min,焊縫的質(zhì)量達(dá)到RT1級(jí)(JISZ3106)
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