劉玉宗

株洲國創(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，可以提升焊接整個過程的峰值和溫度[2]。復(fù)合焊接過程中，等離子電子溫度波動相對較小，這也能夠說明電弧復(fù)合焊接的穩(wěn)定性。同時，通過對電弧復(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。

通過研究能夠看到，在利用激光和電弧復(fù)合焊接時，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)揮電弧的價值，對激光脈沖和柔性電弧進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)無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，電弧會被吸引到激光孔中，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)

研究人員在對激光-MIG電弧復(fù)合焊接技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，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，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]。通過使用這種技術(shù)來焊接鋁合金，不僅焊縫成形美觀，而且沒有傳統(tǒng)焊接所存在的問題，焊深比激光焊提高4倍，焊速明顯。與常見的旁軸激光電弧復(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，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MIG電弧進(jìn)行復(fù)合，每一個焊炬和激光束的位置都可以進(jìn)行有效調(diào)整，而且2個焊炬是利用單獨(dú)的電源來進(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，同時能夠?qū)崿F(xiàn)自動化焊接。

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6082-T6鋁合金激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)氣孔率高的問題進(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

（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。所對應(yīng)的焊接工藝參數(shù)為表1中1～6號試樣，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，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，熔池中的氫氣有一定的時間逸出，當(dāng)熔池凝固時，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號試件與3號試件一樣，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，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

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，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。