焊接工艺对6005A铝合金激光_MIG复合焊焊缝成形的影响
X80管线钢激光-MAG复合横焊打底焊工艺
X80管线钢激光-MAG复合横焊打底焊工艺作者：苗春雨焦向东朱加雷李京洋王凯来源：《机械制造文摘·焊接分册》2022年第02期摘要：以X80管線钢为研究对象，借助拉伸、弯曲、硬度等力学性能测试评价激光-MAG 复合横焊打底焊接头的力学性能。
研究了光丝间距对激光-MAG复合横焊焊缝成形的影响。
结果表明，光丝间距为2 mm时获得的焊缝对称性最好，复合热源耦合性能最好，熔池下淌倾向最小。
X80管线钢焊接接头的拉伸、弯曲和显微硬度试验测试结果满足API 5L标准要求。
关键词：激光-MAG复合横焊; 光丝间距; 复合热源; X80管线钢中图分类号： TG 4540前言激光电弧复合焊是新型高能束焊接方法之一，集合了激光焊与电弧焊两种热源的优势，弥补了激光焊能量利用率低、工艺适应性差的缺点[1]，在减小热输入、增加熔深、减小焊接缺陷、节约能源等方面表现出了极大优势[2-3]。
与传统电弧焊相比，激光电弧复合横焊可实现较大板厚的单面焊双面成形，不仅可以综合激光焊和电弧焊两者的优点，还可弥补横焊过程中熔池金属下淌，焊接工序复杂，焊接缺陷多等缺点，有利于增加熔深，提高横焊焊接接头尺寸均匀性、微观组织均匀性，可以大大提高横焊接头质量与性能[4-5]。
激光电弧复合横焊也具有广泛的应用领域，在输油管线、船舶和压力容器等大型厚壁件常常使用横焊的连接形式[6-9]，将激光-电弧复合横焊应用到厚壁件中，在提高焊接速度、焊接质量，减少焊接变形，抑制横焊侧壁未熔合和未焊透等焊接缺陷方面将表现出极大优势[10-12]。
1试验部分1.1试验设备及材料采用IPG公司生产的型号IPG YLS-4000的光纤激光器进行试验，焊机使用唐山松下产业机器有限公司生产的多功能MIG/MAG焊机，型号为YD-500GL5，试验设备和激光-MAG复合横焊原理如图1所示。
选用西气东输工程专用的X80管线钢为试验材料，试件尺寸为400 mm×70 mm×10 mm，坡口角度为上坡口30°，下坡口20°，钝边为4 mm。
激光-电弧复合焊专题文献
激光-电弧复合焊专题文献作者：来源：《机械制造文摘·焊接分册》2022年第02期激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析/桂晓燕，等. 焊接学报， 2021， 42（12）： 34-39.建立304不锈钢T形接头三维有限元模型，研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响.采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型，模拟激光电弧复合热源，并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性.结果表明，焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好，该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用.确定多种焊接顺序方案，分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况，激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响，通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现，顺序焊接能有效减小焊接残余应力，同时反向焊接产生的热变形量最小.综合分析，不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.氮气辅助316L不锈钢激光-MIG复合焊接组织与耐蚀性能/仲杨，等. 焊接学报， 2021，42（12）： 7-17.为了提高纯氩气下MIG焊接316L不锈钢的稳定性、改善焊缝组织以及强化耐腐蚀性能，引入1 200 W小功率激光对MIG电弧进行诱导压缩，同时在氩气中混入氮气，探索不同流量比的Ar-N2混合气体对焊缝微观组织及其耐腐蚀性能的影响.结果表明，激光的诱导作用能够收缩并稳定MIG电弧，随着氮气流量的增加，焊缝的熔合线逐渐平缓，内部气孔缺陷明显降低;XRD测试和显微组织分析发现，渗氮后的焊缝内部γ相含量明显增多，中下部区域均为细小均匀的γ胞状晶，中上部区域为γ树枝晶，并且一次枝晶间距逐渐减小.当氮气流量增加到5 L/min，焊缝的显微硬度可综合提升20 HV;电化学极化测试发现，渗氮之后的焊缝表现出更强的耐腐蚀性能.试验证实，氮气辅助激光-MIG复合焊接工艺能够改善316L不锈钢焊缝的显微组织和耐腐蚀性能，当Ar∶N2氣体流量比为20∶5时，γ相的强化效果最显著，综合耐腐蚀性能最好.X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析/严春妍，等. 焊接学报， 2021， 42（9）： 28-34， 41.采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究，分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律.结果表明，激光功率增加，熔池最高温度明显上升，焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加，条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高，纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区.激光功率在2.0～3.5 kW范围时，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势.但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时，各应力的峰值有所上升.EQ70钢激光电弧复合焊焊接热循环及其对热影响区组织演变的影响/鲍亮亮，等. 焊接学报， 2021， 42（3）： 26-33.采用Visul Environment软件建立了EQ70钢激光电弧复合焊的三维模型，并利用SYSWELD软件对激光电弧复合焊焊接温度场进行了有限元数值模拟，结合热电偶测温法和热影响区的微观组织表征分析了激光电弧复合焊热循环特点及其对热影响区组织演变的影响.结果表明，采用双椭球体+峰值递增锥体组合型热源可以准确模拟复合焊温度场，电弧区、过渡区、激光区相同热影响区微区具有相近的热循环，热影响区加热速度可达400 ℃/s，1 100 ℃以上停留时间为0.79～1.33 s，t8/5为4～6 s.粗晶区、细晶区组织为板条马氏体，临界区组织为马氏体+晶界碳化物，亚临界区组织为回火马氏体.激光电弧复合焊具有快速加热、高温停留时间短的特点，在一定程度限制了奥氏体晶粒的长大，粗晶区和细晶区平均晶粒尺寸分别为42.7，19.8 μm.铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析/徐锴，等. 焊接学报， 2021， 42（1）：16-23.选用多股绞合焊丝替代传统焊丝，将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配.借助高速摄像系统，提取焊接过程中熔池和匙孔特征量，开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG 复合焊工艺特性研究，探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究.结果表明，主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复合焊相一致，由于激光束的指向性，焊缝熔深受激光能量密度影响较大，因此焊缝熔深与激光功率呈正比，与焊接速度、离焦量的绝对值呈反比，焊接电流与光丝间距的影响不大;焊缝熔宽受电弧参数影响较大，且熔宽与熔池面积变化有一一对应关系，熔池面积变大，熔宽增加;余高与熔敷速度有关，因此焊接电流越大、焊接速度越小，余高越大.此外高能量密度激光热源的加入突出了多股绞合焊丝的自旋转特性的优势，特别是焊接电流在130～200 A范围内，随着焊接电流的增加，多股绞合焊丝的旋转频率增加，旋转特性带来的拓展焊缝宽度及对焊接气孔的抑制等优势更为明显.激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析/吴向阳，等. 焊接学报， 2021， 42（1）： 91-96.从宏观的焊接热过程出发，根据激光+GMAW复合热源焊接的特点，提出了适用于复合热源焊接的"双椭球体+峰值递增圆柱体"组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型，数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸，计算结果与试验结果吻合良好，证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性.采用焊接温度场的计算结果，进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析.结果表明，在焊缝熔深基本相同的情况下，复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小.研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性，并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.低镍含氮奥氏体不锈钢激光-电弧焊电弧特性及组织性能/方乃文，等. 焊接学报， 2021，42（1）： 70-75.采用100%Ar， 98%Ar+2%N2， 92%Ar+8%N2， 85%Ar+15%N2四种混合比例的保护气体对08Cr19MnNi3Cu2N低镍含氮奥氏体不锈钢进行激光-脉冲MAG电弧复合焊接，研究保护气体中氮气比例对焊缝中气孔数量、焊缝熔深和熔宽、电弧形态、微观组织及铁素体含量等影响机制.结果表明，随着保护气体中氮气比例的增加，焊缝气孔数量增多，气孔的体积也随之增大;焊缝熔深显著增加，而焊缝熔宽变窄，焊缝平均硬度有所下降，电弧收缩明显，电弧弧柱宽度随着氮气比例的增加而减小，焊接飞溅数量随之增加且体积增大，电弧稳定性变差;焊缝中铁素体含量由6.91%，6.80%减少至5.38%和4.62%，铁素体枝晶也逐渐变细，二次枝晶臂变短.焊缝组织中只仅存在少量δ和γ两相;从4个晶面观察奥氏体晶粒的尺寸也随着氮气比例的增加而逐渐减小.S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力/严春妍，等. 焊接学报， 2020， 41（6）： 12-18.采用激光-MIG（metal inert gas welding， MIG）復合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接，分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布，采用SYSWELD软件计算了1.0，1.5，2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力，分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响.结果表明，三种焊接速度下粗晶热影响区（coarse grained heat affected zone， CGHAZ）的组织为马氏体，接头的硬度水平较高，最高硬度均在350 HV以上.焊接速度增加，熔池最高温度下降，焊后冷却速度增加.等效残余应力水平较高，HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时，各应力分量的拉应力峰值上升较少，而压应力峰值显著上升.脉冲激光与电弧布置方式对铝合金焊接熔滴过渡与焊缝形貌的影响/贾亚洲，等. 焊接学报， 2019， 40（12）： 17-24.以2219铝合金为基板，研究了不同脉冲激光-电弧布置方式下的熔滴过渡与焊缝形貌特征，分析了熔深增加的机理.结果表明，当脉冲激光照射母材时，脉冲激光主要提供对母材的热输入，母材温度的增加有助于促进熔滴铺展，稳定熔滴过渡过程;当脉冲激光照射熔滴缩颈时，主要提供对熔滴的力输入，蒸发反力的作用下形成"一脉一滴"，显著提高熔滴过渡频率与熔滴飞行速度，增加了熔滴对熔池的冲击力，熔深增加;当脉冲激光交替的照射熔池和熔滴时，一方面能够对母材进行加热，有助于熔滴的铺展，另一方面能够提高熔滴过渡频率，提高焊缝的均匀性.超高功率激光-电弧复合焊接特性分析/黄瑞生，等. 焊接学报， 2019， 40（12）： 73-77， 96.为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解.借助高速摄像，以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象，对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时，激光热源与不同电弧热源复合，以及是否填丝对焊接特性的影响规律.结果表明，激光功率增加，羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势，两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时，高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊熔滴受力分析/刘西洋，等. 焊接学报，2019， 40（9）： 65-70.以不锈钢自保护药芯焊丝为研究对象，借助高速摄像采集了激光介入MAG电弧堆焊的熔滴和电弧图像，研究了激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊的熔滴受力.结果表明，激光的介入改变了焊丝端头熔化状态，焊丝端头发生局部熔化、半熔熔化、全熔熔化三种状态;增大了电磁收缩力、等离子流力在焊丝轴线上的分力，有利于熔滴过渡;减小了表面张力，有利于细化熔滴;增加了气体动力，在合适的激光参数下促进熔滴过渡;熔滴过渡轨迹出现了右偏轴过渡、左偏轴过渡、沿轴过渡三种模式.铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律/张兆栋，等. 焊接学报， 2019， 40（8）： 7-12.为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律，利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本，通过二次回归方程建立了工艺参数（电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P）与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型，并研究了单个工艺参数对试件成形的影响，经验证发现模型预测效果较好.结果表明，当电弧电流大于106 A时，参数对层宽的影响顺序由大到小为，电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为，电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.42CrMo钢活塞激光-MAG复合焊接热裂纹试验/陈根余，等. 焊接学报， 2019， 40（7）： 61-66.利用高速相机观测焊接时熔池流动和焊缝凝固过程，并求得固–液界面移动速率;利用红外热像仪采集焊缝温度随时间变化的相关信息，求得焊缝的温度梯度，对比研究42CrMo调质钢在激光焊接、激光引导的激光-MAG复合焊、电弧引导的激光–电弧复合焊三种焊接工艺时，焊缝接头处的热裂纹倾向.结果表明，激光引导的激光-MAG复合焊工艺比其它两种焊接工艺的固–液界面移动速率更小，焊缝的温度梯度也更小，具有最小的应变率和热裂纹敏感性.最后对激光引导的激光-MAG复合焊焊缝进行了显微组织观察和硬度分析.低镍含氮奥氏体不锈钢激光-电弧焊电弧特性及组织性能/方乃文，等. 焊接学报， 2021，42（1）： 70-75.采用100%Ar， 98%Ar+2%N2， 92%Ar+8%N2， 85%Ar+15%N2四种混合比例的保护气体对08Cr19MnNi3Cu2N低镍含氮奥氏体不锈钢进行激光-脉冲MAG电弧复合焊接，研究保护气体中氮气比例对焊缝中气孔数量、焊缝熔深和熔宽、电弧形态、微观组织及铁素体含量等影响机制.结果表明，随着保护气体中氮气比例的增加，焊缝气孔数量增多，气孔的体积也随之增大;焊缝熔深显著增加，而焊缝熔宽变窄，焊缝平均硬度有所下降，电弧收缩明显，电弧弧柱宽度随着氮气比例的增加而减小，焊接飞溅数量随之增加且体积增大，电弧稳定性变差;焊缝中铁素体含量由6.91%，6.80%减少至5.38%和4.62%，铁素体枝晶也逐渐变细，二次枝晶臂变短.焊缝组织中只仅存在少量δ和γ两相;从4个晶面观察奥氏体晶粒的尺寸也随着氮气比例的增加而逐渐减小.S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力/严春妍，等. 焊接学报， 2020， 41（6）： 12-18.采用激光-MIG（metal inert gas welding， MIG）复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接，分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布，采用SYSWELD软件计算了1.0，1.5，2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力，分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响.结果表明，三种焊接速度下粗晶热影响区（coarse grained heat affected zone， CGHAZ）的组织为马氏体，接头的硬度水平较高，最高硬度均在350 HV以上.焊接速度增加，熔池最高温度下降，焊后冷却速度增加.等效残余应力水平较高，HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时，各应力分量的拉应力峰值上升较少，而压应力峰值显著上升.脉冲激光与电弧布置方式对铝合金焊接熔滴过渡与焊缝形貌的影响/贾亚洲，等. 焊接学报， 2019， 40（12）： 17-24.以2219铝合金为基板，研究了不同脉冲激光-电弧布置方式下的熔滴过渡与焊缝形貌特征，分析了熔深增加的机理.结果表明，当脉冲激光照射母材时，脉冲激光主要提供对母材的热输入，母材温度的增加有助于促进熔滴铺展，稳定熔滴过渡过程;当脉冲激光照射熔滴缩颈时，主要提供对熔滴的力输入，蒸发反力的作用下形成"一脉一滴"，显著提高熔滴过渡频率与熔滴飞行速度，增加了熔滴对熔池的冲击力，熔深增加;当脉冲激光交替的照射熔池和熔滴时，一方面能够对母材进行加热，有助于熔滴的铺展，另一方面能够提高熔滴过渡频率，提高焊缝的均匀性.超高功率激光-电弧复合焊接特性分析/黄瑞生，等. 焊接学报， 2019， 40（12）： 73-77， 96.为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解.借助高速摄像，以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象，对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时，激光热源与不同电弧热源复合，以及是否填丝对焊接特性的影响规律.结果表明，激光功率增加，羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势，两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时，高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊熔滴受力分析/刘西洋，等. 焊接学报，2019， 40（9）： 65-70.以不锈钢自保护药芯焊丝为研究对象，借助高速摄像采集了激光介入MAG电弧堆焊的熔滴和电弧图像，研究了激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊的熔滴受力.结果表明，激光的介入改变了焊丝端头熔化状态，焊丝端头发生局部熔化、半熔熔化、全熔熔化三种状态;增大了电磁收缩力、等离子流力在焊丝轴线上的分力，有利于熔滴过渡;减小了表面张力，有利于细化熔滴;增加了气体动力，在合适的激光参数下促进熔滴过渡;熔滴过渡轨迹出现了右偏轴过渡、左偏轴过渡、沿轴过渡三种模式.铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律/张兆栋，等. 焊接学报， 2019， 40（8）： 7-12.为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律，利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本，通过二次回归方程建立了工艺参数（电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P）与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型，并研究了单个工艺参数对试件成形的影响，经验证发现模型预测效果较好.结果表明，当电弧电流大于106 A时，参数对层宽的影响顺序由大到小为，电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为，电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.42CrMo钢活塞激光-MAG复合焊接热裂纹试验/陈根余，等. 焊接学报， 2019， 40（7）： 61-66.利用高速相机观测焊接时熔池流动和焊缝凝固过程，并求得固–液界面移动速率;利用红外热像仪采集焊缝温度随时间变化的相关信息，求得焊缝的温度梯度，对比研究42CrMo调质钢在激光焊接、激光引导的激光-MAG复合焊、电弧引导的激光–电弧复合焊三种焊接工艺时，焊缝接头处的热裂纹倾向.结果表明，激光引导的激光-MAG复合焊工藝比其它两种焊接工艺的固–液界面移动速率更小，焊缝的温度梯度也更小，具有最小的应变率和热裂纹敏感性.最后对激光引导的激光-MAG复合焊焊缝进行了显微组织观察和硬度分析.低镍含氮奥氏体不锈钢激光-电弧焊电弧特性及组织性能/方乃文，等. 焊接学报， 2021，42（1）： 70-75.采用100%Ar， 98%Ar+2%N2， 92%Ar+8%N2， 85%Ar+15%N2四种混合比例的保护气体对08Cr19MnNi3Cu2N低镍含氮奥氏体不锈钢进行激光-脉冲MAG电弧复合焊接，研究保护气体中氮气比例对焊缝中气孔数量、焊缝熔深和熔宽、电弧形态、微观组织及铁素体含量等影响机制.结果表明，随着保护气体中氮气比例的增加，焊缝气孔数量增多，气孔的体积也随之增大;焊缝熔深显著增加，而焊缝熔宽变窄，焊缝平均硬度有所下降，电弧收缩明显，电弧弧柱宽度随着氮气比例的增加而减小，焊接飞溅数量随之增加且体积增大，电弧稳定性变差;焊缝中铁素体含量由6.91%，6.80%减少至5.38%和4.62%，铁素体枝晶也逐渐变细，二次枝晶臂变短.焊缝组织中只仅存在少量δ和γ两相;从4个晶面观察奥氏体晶粒的尺寸也随着氮气比例的增加而逐渐减小.S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力/严春妍，等. 焊接学报， 2020， 41（6）： 12-18.采用激光-MIG（metal inert gas welding， MIG）复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接，分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布，采用SYSWELD软件计算了1.0，1.5，2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力，分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响.结果表明，三种焊接速度下粗晶热影响区（coarse grained heat affected zone， CGHAZ）的组织为马氏体，接头的硬度水平较高，最高硬度均在350 HV以上.焊接速度增加，熔池最高温度下降，焊后冷却速度增加.等效残余应力水平较高，HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时，各应力分量的拉应力峰值上升较少，而压应力峰值显著上升.脉冲激光与电弧布置方式对铝合金焊接熔滴过渡与焊缝形貌的影响/贾亚洲，等. 焊接学报， 2019， 40（12）： 17-24.以2219铝合金为基板，研究了不同脉冲激光-电弧布置方式下的熔滴过渡与焊缝形貌特征，分析了熔深增加的机理.结果表明，当脉冲激光照射母材时，脉冲激光主要提供对母材的热输入，母材温度的增加有助于促进熔滴铺展，稳定熔滴过渡过程;当脉冲激光照射熔滴缩颈时，主要提供对熔滴的力输入，蒸发反力的作用下形成"一脉一滴"，显著提高熔滴过渡频率与熔滴飞行速度，增加了熔滴对熔池的冲击力，熔深增加;当脉冲激光交替的照射熔池和熔滴时，一方面能够对母材进行加热，有助于熔滴的铺展，另一方面能够提高熔滴过渡频率，提高焊缝的均匀性.超高功率激光-电弧复合焊接特性分析/黄瑞生，等. 焊接学报， 2019， 40（12）： 73-77， 96.为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解.借助高速摄像，以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象，对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时，激光热源与不同电弧热源复合，以及是否填丝对焊接特性的影响规律.结果表明，激光功率增加，羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势，两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时，高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊熔滴受力分析/刘西洋，等. 焊接学报，2019， 40（9）： 65-70.以不锈钢自保护药芯焊丝为研究对象，借助高速摄像采集了激光介入MAG电弧堆焊的熔滴和电弧图像，研究了激光介入不锈钢自保护药芯焊丝MAG电弧堆焊的熔滴受力.结果表明，激光的介入改变了焊丝端头熔化状态，焊丝端头发生局部熔化、半熔熔化、全熔熔化三種状态;增大了电磁收缩力、等离子流力在焊丝轴线上的分力，有利于熔滴过渡;减小了表面张力，有利于细化熔滴;增加了气体动力，在合适的激光参数下促进熔滴过渡;熔滴过渡轨迹出现了右偏轴过渡、左偏轴过渡、沿轴过渡三种模式.铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律/张兆栋，等. 焊接学报， 2019， 40（8）： 7-12.为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律，利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本，通过二次回归方程建立了工艺参数（电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P）与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型，并研究了单个工艺参数对试件成形的影响，经验证发现模型预测效果较好.结果表明，当电弧电流大于106 A时，参数对层宽的影响顺序由大到小为，电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为，电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.42CrMo钢活塞激光-MAG复合焊接热裂纹试验/陈根余，等. 焊接学报， 2019， 40（7）： 61-66.。
第三节 铝及铝合金MIG焊工艺
第三节铝及铝合金MIG焊工艺熔化极惰性气体保护电弧焊是一种以连续送进的焊丝作为一个电极，以工件作为另一个电极，在惰性气体保护和两极之间电弧热的作用下，焊丝一面熔化并向熔池过渡和填充，一面不断引弧和稳弧的电弧焊接过程，此过程简称MIG，过程示意如图2-3-1所示。
铝及铝合金熔化极惰性气体保护焊常采用氩气，称为熔化极氩弧焊。
有时也采用氦气，一般不采用氧、二氧化碳或其他活性气体。
铝及铝合金氩弧焊生产效率高，可焊大厚度板材。
图2-3-1熔化极惰性气体保护电弧焊过程示意1-母材2-电弧3-导电嘴4-焊丝5-送丝轮6-喷嘴7-保护气体8-熔池9-焊缝金属一、焊接过程原理1．焊丝的加热及熔化电弧是在焊丝电极与工件之间并在气体保护下产生的强烈持久的放电现象，它将电能转化为热能并用以熔化焊丝及工件。
可供焊丝熔化的热能来自三个区，即阴极区、阳极区、弧柱区的产热和焊丝自身的电阻发热。
铝丝的电导率高，电阻热小，对焊丝熔化的作用不大。
弧柱区不直接接触电极，它的产热对焊丝的加热和熔化所起的作用也不大。
使焊丝受热和熔化的主要热源来自阴极区和阳极区，其产热的表达式为：Q A =I（U A+U w） (2-1)Q K=I(U K-Uw) (2-2)式中 Q A和Q K——阳极区和阴极区产热：U A和U K——阳极区和阴极区电压降；I——电弧电流；U w——电极材料的逸出功。
由式(2-1)及式(2-2)可见，两个电极区的产热主要与电极材料种类、保护气体种类和电流大小有关。
由于MIG焊时阳极区的电压降U A较小（约为0～2V），而阴极区的电压降U K较大（约为10V），因此直流正接MIG焊时，焊丝接阴极，其熔化速率较高，但电弧不稳，熔滴过渡不规则，且焊缝成形不良，因而一般不采用直流正接。
直流反接MIG焊时，焊丝熔化速率较低，但电弧较稳定，因而绝大多数情况下，MIG焊需采用直流反接MIG焊时也不采用交流，因为交流过零时电弧熄灭，再引燃发生困难，且焊丝为阴极的半波内电弧不稳。
铝合金薄板焊接变形预防措施
2015-04-16
一、铝合金薄板焊接研究现状
• 铝合金薄壁焊接结构因重量轻、耐腐蚀、
加工性能优异、易于连接而在高速列车车
体大量应用。但由于铝合金的热膨胀系数
大、弹性模量小，焊接变形问题相当突出，
严重影响结构的制造精度和使用性能。
一、铝合金薄板焊接研究现状
• 铝合金车体用薄板自身拘束度小，再加上
4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接
• 搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术。铝 合金搅拌摩擦焊接接头可以避免产生气孔 和凝固裂纹等熔化焊中的常见缺陷，焊接 变形小，接头强度高。由于搅拌摩擦焊在 轻金属连接中的优势，近年来成为工程研 究的焦点。
4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接
• 有人对1.4mm的LF21铝合金薄板进行搅拌摩 擦焊焊接实验，焊接强度达到母材的78-83 ％。有人对于lmm厚度6061-T6铝合金的搅 拌摩擦焊工艺展开相关研究，在优化焊 接工艺参数下，接头的抗拉强度可以达到 母材的103％。
三、铝合金薄板焊接变形预防措施
• 控制焊接变形，可在设计部件结构时就考 虑，如在保证结构有足够强度的前提下， 适当采用部分冲压结构来代替焊接结构， 以减少焊缝的数量和尺寸；尽量使焊缝对 称布置，以使焊接时产生均匀的变形，防 止弯曲变形。在生产实践中，控制变形的 措施主要有以下几种：
1.焊接顺序
• 对称焊接是用来克服或减小由于先焊的焊 缝在焊件刚性较小时造成的变形。先焊接 焊缝少的一侧，后焊接焊缝多的一侧，使 后焊缝的变形足以抵消前焊缝的变形，以 使总体变形减小。对于较长的焊缝，如果 采用连续的直线焊接，将会引起较大的变 形，这除了焊接方向因素之外，焊缝受到 长时间加热也是一个主要原因。
2.铝合金薄板的MIG焊
5A06铝合金MIG焊接工艺研究
5A06铝合金MIG焊接工艺研究赵征;苏生华;杨靖【摘要】This paper focused on the welding process of aluminum alloy5A06-H112 with 5 mm in thickness.The process investigation covers specialties of welding material selection ,pre-weldingpreparations ,welding parameters' regulation.The results show that the designed process can meet the specifications of aluminum alloy 5A06-H112.%采用脉冲MIG焊,通过对焊前准备、焊接方法、焊接材料、焊接规范等方面进行的试验和分析,确定了5A06-H112铝合金板(δ=5 mm)拼焊工艺规范结果表明,合理的焊接工艺规范能够有效控制焊缝的成形和焊接气孔的产生.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2011(041)001【总页数】3页(P70-72)【关键词】5A06-H112铝合金;脉冲MIG;焊接工艺【作者】赵征;苏生华;杨靖【作者单位】航天科工集团二院210所,陕西,西安,710065;航天科工集团二院210所,陕西,西安,710065;航天科工集团二院210所,陕西,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TG457.1铝合金具有较高的比强度、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，并且工艺成形性和焊接性能良好，因此成为在航天工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。
我国研制的各种大型运载火箭广泛选用铝合金作为主要结构材料，各类设备的贮存箱、乘务员舱等也都采用铝合金作为结构材料[1]。
焊接作为一种材料连接技术，随着设备结构的进一步大型化和复杂化，对材料和工艺技术的发展都提出了更高的要求。
外加磁场对MIG焊熔滴过渡形式和焊缝组织性能的影响
并且极大地降低 了焊缝 的裂纹倾 向性 Ｊ 。Ｍａ ｕａ等 对 ｔｄ ｓ
含钛 合金 Ｇ Ａ 的研 究结 果 发 现 ， ＴＷ 电磁 搅 拌 细 化 了
走ｌ 、氟 气为保护 气体 ， 量为 ｌ ／ ｉ。焊接设 备采 流 ６Ｌｒｎ ａ 川 Ｆ￥ ０ ０焊 机 、 均焊接 电流 为 １０Ａ， 均 Ｉ５０ ’ 平 ８ 平 电弧 电Ｊ ２ ． １送 丝述度 为２ ｍ ｍ ｎ ｆ ３ ５、 ， ５ｃ ／ ｉ。焊接 后试 板两端 Ｊ ｔ 械 刑 浊 捋 除 ３ ｔ； ｌＬ ０ ｍｍ， 后 从试 板 上 截 然
关键 词 ： 熔 滴 过 渡
纵 向 磁场
晶粒 细 化
中 图分 类 号 ： Ｔ ４ ２ Ｇ ４
Ｏ 前
言
倾 向和气孑 率 ， 高 了接 头 的 力学 性 能 。 目前 电 磁 搅 Ｌ 提 拌技 术主要应 用于 薄板 铝 合金 Ｔ Ｇ焊 ， 中厚板 铝 合 Ｉ 而 金 主要采用 熔化极 气体保 护 焊 （ Ｇ焊 ） 很 少研 究 将 ＭＩ ， 电磁 搅拌应用 于铝合 金 ＭＩ 。同时 尚未有 人研 究 电 Ｇ焊 磁搅拌 对 Ｍ Ｇ焊 熔滴过 渡方式 和焊缝 成形 之间 关系 的 Ｉ 影响 。文 中在 Ａ 一Ｍｇ 金 ＭＩ 中施 加 电磁搅拌 ， １ 合 Ｇ焊 研 究 电磁 搅拌对 熔滴过 渡形 式 的影 响 以及对 焊 缝成 形 和
试 验用基 体材料 是 ５ ０ Ａ ５防锈 铝合金 ， 板尺 寸 为 试
２ ０ｉｍ Ｘ２０ ｍ ０ｍｍ， 丝选 用 Ｅ ５ ５ ， ５ ｍ Ｘ１ ｎ ０ 焊 Ｒ ３ ６ 直径 为 １２ｍｍ。所有 焊缝都是 平焊缝 ， 口形 式 为 Ｙ形 ， 口 ． 坡 坡
角度 为 ６ 。钝边 为 ２ ｆ ０， ｌ ｉ ｍ。母 材 及 焊丝 的化 学 成分 见
铝合金MIG脉冲焊
铝及铝合金脉冲熔化极气保焊（MIGP焊）的工艺特点唐山松下产业机器有限公司（063020）王玉松才旭铝及铝合金具有良好的耐蚀性,较高的比强度, 易加工成形和无磁性、无低温转变、导电性及导热性好等众多优点，在航空、航天、汽车、机车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。
铝比钢的比热大两倍，导热性能约大三倍，即升高同样的温度需要的热量较多，而散失热量较快。
铝工件表面极易氧化，生成难熔的Al2O3薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物和气孔等缺陷，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低机械性能和耐蚀性。
传统的铝及铝合金焊接方法是交流钨极氩弧焊（AC-TIG），其焊缝成形好，焊接质量高。
但是焊接效率低，无法实现自动化焊接。
用脉冲熔化极氩弧焊（MIGP）替代TIG焊接铝及铝合金，实现了半自动化和自动化焊接，效率提高3倍以上，且焊缝熔深大，强度高，但是外观成形不如TIG美观。
1 脉冲熔化极氩弧焊（MIGP）的工艺特点脉冲电流熔化极气体保护焊是在一定平均电流下，焊接电源输出的电流以一定的频率和幅值变化来控制熔滴有节奏的过渡到熔池；基值电流维持电弧的稳定燃烧，并预热母材和焊丝；稳定地实现一个脉冲过渡一个熔滴的理想状态，达到射流（或射滴）过渡（如图1）。
图1 脉冲MIG焊的波形图及熔滴过渡示意图图2 中频脉冲焊接1.0mm薄铝板的焊缝成形平均电流值比临界电流值低，热输入量小；焊接电流的调节范围宽，调节平均焊接电流即调节送丝速度，既可用于薄板δ≥1.0mm焊接（如图2），又可用于厚板的焊接，特别是采用较粗焊丝焊接薄板，送丝速度仍很稳定，可有效地控制热输入量。
由于电源输出特性为直流反接，阴极雾化能力强，有效地清除Al2O3薄膜。
脉冲电弧同时具有较强的熔池搅拌作用，可以改变熔池冶金性能，有利于消除气孔，未熔合等焊接缺陷。
2 脉冲熔化极氩弧焊（MIGP）的两种电弧模式2.1 中频脉冲模式中频脉冲模式为常用的焊接铝及铝合金的脉冲电弧模式（如图3）图3 中频脉冲波形图图4 低频脉冲（双脉冲）焊缝外观图一般选择“硬性”脉冲电弧，脉冲频率高，电弧的集中性强，焊接波形强化控制。
双脉冲MIG焊对5052铝合金焊接接头力学性能的影响
表 １ ５５ ０ ２合 金 与 Ｅ ３ ６焊 丝 化 学成 分 Ｒ５ ５
材 料
５ ５ ０２ Ｅ ５ ５ Ｒ ３６
ｗｓ） （ ｉ
０２ ． ５ ０２ ．５
（ｅ Ｆ）
０４ ． ０ ０１ ． ０
猫Ｃ） ｆｕ
０１ ． ０ ０１ ． ０
巍Ｍ ） ｆ ｎ
０１ ．０ ００ — ． 。 ０２ ５ ０
双脉 冲 ＭＩ Ｇ焊 Ｔ艺 方 法不但 可 以得 到 漂亮 的鱼鳞
状 焊 缝 外 观 ， 且 有 较 高 的 焊 接 生 产 率 ， 对 于 改 而 它 善 焊 缝 组 织 、 低 气 孑 率 起 到 了 良好 的 作 用 。 降 Ｌ
这 种焊 接 方 法 利用 调 整 高频 脉 冲强度 来 保 证
焊 工 接艺
雹焊梭
１ 双 脉 冲 Ｍ Ｉ 焊 原 理 Ｇ
第４卷 １
相 匹 配 的 焊 接 接 头 。 合 金 焊 接 成 形 外 观 也 是 一 个 铝 重 要 的 问 题 ， 有 的 ＴＧ 焊 成 形 好 但 效 率 低 ， 通 现 Ｉ 普
双脉 冲 ＭＩ Ｇ焊就 是在高 频 的基 础上 ， 再对 高频 电流波 形 进行 低 频 调制 ， 单 位 脉 冲强 度 在 强 、 使 弱
弱 脉 １ 双脉 冲 ＭＩ 焊 原 理 示 意 Ｇ
一
个脉 冲一个 熔滴 过 渡 ， 用低 频 脉 冲调制 高频 脉冲
焊 丝选 用 Ｅ ５ ５ ， 径 １ Ｒ ３６ 直 ． ｍｍ， 护 气 体 为 纯 ６ 保 度 ９． ９９ ％的氩 气 ， 接设 备 采 用德 国 Ｅ 焊 ＷＭ 公 司生
第 ４期
拉 伸 断 口 扫 面 电 镜 下 的形 貌 如 图 ４所 示 。 图 由
焊接技术及自动化论文题目精选题目
02 03
搅拌摩擦焊接钛合金工艺及接头耐蚀性研究
针对钛合金的搅拌摩擦焊接工艺进行深入研究，分析接头 耐蚀性的变化规律，为钛合金搅拌摩擦焊接的应用提供理 论支持。
异种金属搅拌摩擦焊接方法与工艺研究
研究异种金属搅拌摩擦焊接方法的工艺特点，分析其对焊 缝成形、接头性能的影响，并探讨该方法在异种金属连接 领域的应用前景。
激光焊接技术在汽车车身制造中的应用
01
通过激光焊接技术，实现汽车车身的高精度、高效率
连接，提高车身强度和密封性。
自动化焊接机器人在汽车生产线上的应用
02 采用自动化焊接机器人进行汽车生产线的焊接作业，
提高生产效率和焊接质量。
搅拌摩擦焊在汽车发动机制造中的应用
03
利用搅拌摩擦焊技术，实现汽车发动机零部件的高质
材料多样性带来的挑战
随着新材料的不断涌现，焊接技术需要不断适应不 同材料的特性和要求，这对焊接工艺和设备提出了 更高的要求。
环保和安全问题
焊接过程中产生的烟尘、噪音和辐射等污染 问题，以及操作过程中的安全问题，一直是 焊接行业面临的挑战。
未来发展趋势预测
01
智能化焊接技术
02
机器人焊接技术
随着人工智能和机器学习技术的发展 ，焊接技术将实现更高程度的自动化 和智能化，包括自动识别焊缝、自动 调整焊接参数等。
03
协作机器人在焊接自动化中的实践与挑战
04
柔性机器人在复杂焊缝焊接中的应用探索
智能控制系统在自动化焊接中作用
基于神经网络的焊接过程智 能控制研究
专家系统在焊接工艺参数优 化中的实践
模糊控制在自动化焊接系统 中的应用
基于大数据的焊接质量智能 分析与控制
05
焊接工艺
文献选登
金 属 的 焊 接 性
７０５０铝 合金搅 拌摩 擦焊焊 接接 头的组 织与冲 击 韧 性／丁 成 钢 …，，机 械 工 程 材 料 ．一２０１０，３４ （９）：２７－３０
用优 选 后 的 工艺 参 数对 ６．３ ｍｍ 厚 ７０５０ 铝合 金板 进行 搅拌 摩擦 焊对 接焊 接 ，分 析 了 接头 的组织 与 冲击 韧性 。结果 表 明：接 头 的焊 核和 轴肩 影 响区组 织为 细 小等轴 晶 ，热 影 响 区组 织稍 有粗 化 现象 ，前进 侧 热机 影 响 区晶 粒发 生 了较 大程度 的变 形 ，后退 侧 晶粒 变形 程 度较 小 ；接头 显微 硬 度呈 “ｗ”形 分 布 ，热影 响区和 热机影 响 区 的硬 度 较低 ，母 材 和焊核 ｌ 的硬度 较高 ，焊 核 区硬度 从底 部 到顶 部依 次增 大 ；接头 冲击 韧性 优 于母 材 的 ，焊 核 区 、 热影 响 区和母 材 冲击 断 口中有 较 多 的韧 窝 ， 呈 典 型的韧性 断裂 特征 。
为满 足外 加磁 场条 件 下铝合 金 焊接 成形 节 的参 数较 多 ，包 括 强脉 冲峰 值 电流 和时 间 、 的精度要求 ，研究 了磁场作用下铝合金 ＭＩＧ 强脉 冲基值 电流 和 时问 、弱 脉 冲峰值 电流 和
焊接工艺参数对焊道形貌尺寸的影响及其显 时 间、弱 脉 冲基值 电流和时 间等 。设计 了 ４组 著性 ，分析了参数的合理匹配对焊道尺寸和 １２个 双脉 冲焊接试 验 ，通过试 验探讨 了焊 缝
控 制熔池 ，即一 个低 频周 期形 成 一个熔 池 ，形
成 鱼鳞纹 ，同时每个 低频 周 期都 能对 熔池 产
磁场 作用下铝合金 ＭＩＧ焊精确成形工艺研究， 生一 定 的搅 拌作 用 ，促使 熔 池 中的气 体排 出
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ResearchPaper 试验研究 焊接2008年第7期焊接工艺对6005A铝合金激光-MIG
复合焊焊缝成形的影响
清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室(北京市 100084) 雷 祥 单际国 郑世卿陈武柱 任家烈
摘要 采用CO2激光-MIG复合焊焊接2.5mm厚的6005A铝合金板,基于正交试验方法研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响。试验结果表明,对复合焊焊缝熔透状态影响显著性从大到小的工艺参数依次为:焊接速度、MIG电流、MIG电压和激光功率,其中前两者影响最为突出。在熔透状态不发生显著变化时,对复合焊焊缝表面成形影响显著性从大到小的工艺参数依次为:MIG电压、焊接速度、激光功率和MIG电流。根据正交试验结果优化了激光-电弧复合焊接6005A的工艺参数,建立了工艺参数选择原则,根据此原则选择合适的参数获得了最佳的焊缝成形。
关键词: 6005A铝合金 CO2激光-MIG复合焊 焊缝熔透状态 焊缝表面成形中图分类号: TG456
0 前 言轻量化是高速列车车体制造技术发展的趋势,6005A铝合金是目前车体制造中使用焊接技术最多的合金之一[1]。为适应其在工业上更大规模应用的需求,可靠、可重复、高生产率的焊接技术的发展成为急需解决的问题。由于铝合金化学性质活泼、热膨胀系数高等原因,其熔焊存在很大难度[2]。传统交流MIG电弧焊因为热输入大和变形严重而不能够满足目前生产的要求[3]。搅拌摩擦焊能够避开铝合金熔焊过程中的很多困难[4],但其焊接结构的形式比较单一,效率较熔焊低,不利于广泛应用。激光焊具有速度快、热输入小且可精确控制、效率高和易实现自动化等特点,因此成为铝合金焊接中最有应用前景的工艺方法之一[5]。但是铝合金表面对激光的反射率很高,需要较高的激光功率才能够实现小孔焊接[6]。根据已有研究[7],焊缝凝固裂纹是6000系列铝合金焊接中的主要缺陷之一,一般通过向焊缝填充金属改善焊缝成分才能够从根本上改善凝固裂纹。由于激光焊的特点,填丝方式的不当可能会造成焊接过程的不稳定,预涂粉末容易向焊缝引入杂质、送粉容易造成气孔等问题,而激光填丝焊对装卡和送
丝系统要求较高,不适于较大结构的长焊缝焊接。采用MIG电弧在前的复合焊接能够实现提高对激光吸收率[8]的同时较方便地向焊缝填充金属。通过较小电流的MIG电弧与激光复合焊接可能是实现6005A
铝合金高效、可靠焊接的工艺方法。焊缝成形是焊接工艺需要解决的首要问题,文中就复合焊接的工艺参数对焊缝成形质量(包括焊缝“熔透程度”和“焊缝表面成形”两个方面)的影响规律进行了系统研究,研究结果对铝合金激光-MIG电弧复合焊接工艺的制定具有指导意义。
1 试验方法试验采用从变形铝合金6005A型材上截取厚度为2.5mm的板材作为试板。依据MIG电弧焊中的焊丝选择原则[9],采用直径为1.2mm的ER5356铝合金焊
丝。母材和焊丝的化学成分如表1所示[10]。表1 母材和焊丝的化学成分(质量分数,%
)
合金MgSiMnCrTiCuFeZnAl
6005A母材0.550.580.1500.1200.020.1300.13余量ER5356焊丝4.900.130.0570.0650.110.0110.12<0.13余量
收稿日期:2008-05-19
复合焊接试验采用清华大学搭建的激光-MIG旁轴复合焊接系统[11]。该系统中美国PRC生产的3kW
52
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2008年第7期快轴流CO2激光器采用铜反射镜聚焦,焦距约220mm,
焦点处光斑直径约0.6mm,而MIG焊部分采用松下公司生产的YD-350AG2HGE微电脑焊接波形控制脉冲MIG/MAG焊机、宾采尔焊枪,以及松下公司生产的YW-35AL1HAE送丝机。复合焊接系统中MIG在前,MIG喷嘴与水平面约呈60°。利用MIG喷嘴进行气体保护,保护气体采用Ar气。为改善导热条件和改善背部成形,采用开了成形槽的紫铜背衬。通过前期试验确定激光与电弧距离为0、保护气体流量为20L/min、焊丝伸出长度为10mm。固定该三参数,就其他四个参数对焊缝成形的影响进行系统的正交试验。每个因素选取五水平,各水平的区间也由前期试验确定(表2)。表2 正交试验的因素和水平
因素电流I/A电压U/V焊接速度v/(mm・s-1)激光功率p/W
水平18412.8100
水平210414.415600
水平311416.0201200
水平412417.6251800
水平5144(94)19.2302400
对绝大多数的接头形式(特别是对接焊)来说,衡量焊接成形质量最重要和最根本的指标是焊缝的熔透程度。根据焊缝正背面成形,将焊缝熔透程度划分为“完全未熔透”到“严重过熔透”六个熔透状态(图1),
并分别划分其得分区间(表3)。
表3 正交试验焊缝熔透状态评分原则类别编号熔透状态得分区间/分Ⅰ完全未熔透5
Ⅱ接近熔透10
Ⅲ部分熔透15
Ⅳ适度熔透20
Ⅴ过熔透15
Ⅵ严重过熔透10
在完全熔透的基础上,焊缝还必须保证形状均匀稳定,成形连续。试验中通过对焊缝表面成形的连续性和堆高、熔宽的稳定性进行评价来划分不同的焊缝表面成形得分区间(表4)。
图1 典型熔透状态下的焊缝外观(左为焊缝正面,右为焊缝背面)
表4 正交试验焊缝表面成形评分原则类别编号表面成形状态得分区间/分Ⅰ成形不连续,出现使焊缝中断的严重缺陷0～4
Ⅱ成形连续,熔宽稳定,堆高起伏很大,
波纹显著且间距较大5～8
Ⅲ成形连续,熔宽稳定,堆高起伏较大,
波纹显著但较细密8～10
Ⅳ成形连续,熔宽稳定,堆高有一定起伏10～12
Ⅴ成形连续,堆高稳定,表面金属流淌,
熔宽不稳定10～14
Ⅵ成形连续,堆高、熔宽稳定,表面有较明显细密波纹15～17
Ⅶ成形连续,堆高、熔宽稳定,表面光滑18～20
62
焊接人 www.cnwelder.com 免费下载ResearchPaper 试验研究 焊接2008年第7期2 试验结果与分析选取L25(56)正交表安排正交试验,试验后根据上文中的评分方法对焊缝熔透状态与表面成形分别进行评分,并对各因素进行直观分析和极差分析。2.1 焊接工艺参数对焊缝熔透状态的影响复合焊中的MIG电流、MIG电压、焊接速度、激光功率对焊接热输入在焊缝中的分布产生一定的影响,因而对焊缝熔透状态产生一定的影响。根据表3中的评分原则对不同焊接工艺下的焊缝熔透状态进行评分,并进行直观分析与极差分析,其结果如下(图2、表5)。
图2 焊缝熔透状态得分随焊接参数的变化趋势表5 焊接工艺参数对熔透状态影响规律的极差分析因素水平1水平2水平3水平4水平5极差MIG电流9111416137MIG电压12111513124焊接速度1214161388
激光功率13131211143
通过正交试验分析,可以得到各因素对焊缝熔透状态的影响趋势并获得较好焊缝的参数范围。根据正交试验极差分析,对焊缝熔透状态影响显著性由大到
小的工艺参数依次为:焊接速度、MIG电流、MIG电压和激光功率。各工艺参数对焊缝熔透状态的影响规律及其机理如下。2.1.1 焊接速度焊接速度对MIG热输入和激光热输入都有直接的影响,因而是影响焊接热输入的重要参数,对焊缝熔透状态的作用也最为显著(正交试验极差为8,列首位)。由图2c可见,当焊接速度为10mm/s时,在该试验参数范围内,焊缝在较大范围内出现过熔透,若MIG
电流也较大时甚至出现因热输入过大造成的熔穿缺陷,因而焊缝熔透状态得分较低。在此基础上,焊接速
72
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2008年第7期度增加时,焊接热输入减少,焊缝过熔透程度降低,熔透状态向适度熔透过渡,焊缝熔透状态得分上升。当焊接速度为20mm/s时,大部分焊缝获得适度熔透,平均熔透状态得分最高。当焊接速度为25mm/s时,焊缝熔透状态平均得分没有显著下降。当焊接速度大于25mm/s时,热输入进一步减少,在该试验工艺窗口内,基本都不能完全熔透,熔透状态得分下降显著。综合考虑焊缝熔透状态和焊接效率,20～25mm/s是较优化的焊接速度区间。2.1.2 MIG电流MIG电流作为直接影响MIG热输入的重要参数,对焊缝的熔透状态具有显著的影响(正交试验极差为7,列第二位)。当焊接电流增大时,工件上的热输入和电弧力均增大,因此熔池体积和弧坑深度都增加,熔透能力显著增加。在正交试验中,当电流较小时焊缝易出现未熔透,在84A时,仅当速度为10mm/s时焊缝能够熔透,因而焊缝熔透状态得分较低,在此基础上,随焊接电流增加,焊缝熔透状态改良,熔透状态得分呈上升趋势(图2a)。当焊接电流为124A时,除速度过高(30mm/s)时,焊缝均实现了适度熔透,因而得到最好的熔透状态,焊缝成形得分。而当电流继续增大到144A时,焊缝较大范围内出现过熔透,在速度小于15mm/s时焊缝甚至出现由于热输入过大而造成的熔穿缺陷,因而焊缝熔透状态得分迅速下降。由以上分析,为得到较好的熔透状态,应该选择114～124A的MIG电流。2.1.3 MIG电压MIG电压是影响MIG热输入的另外一个重要参数,对焊缝熔透状态也有一定的影响(正交试验极差为4,列第三位)。当电压增大时,一方面,焊接热输入增加,这会使得熔池体积增加,另一方面,电弧长度也增加,弧柱的热量损失增大,电弧斑点飘动范围扩大,焊缝熔宽增加,电弧对熔池作用力也会因为熔宽的增加而分散,有可能使得弧坑深度降低。因而,虽然热输入的增加使得熔池体积增加,但是因为熔宽增加和电弧对熔池作用力的减少,当电压变化时,焊缝的熔透状态的变化取决于这两者之间的相对关系。因为电压变化时存在这两种对熔透状态起相反关系的作用之间的相互制约,因而电压变化时,对焊缝熔透状态的影响没有焊接速度和MIG电流明显。试验中,除电压从12.8V增加到14.4V时熔宽增加和电弧力下降的影响较大,使得焊缝的熔深减小,焊缝熔透程度下降使得焊缝熔透状态得分略有降低外,
其他情况下,热输入的增加更为显著,因而焊缝熔透状态得分变化规律基本符合热输入增加时的变化规律(图2b):当热输入较小,较多焊缝出现未熔透状态时,
随电压增加,热输入增加,焊缝熔透状态得到改善,当大多焊缝实现适度熔透时(16V),焊缝熔透状态得分最高,之后继续增加电压,由于热输入增加,使焊缝熔透状态向过熔透转变,焊缝熔透状态得分下降。因而,随MIG电压的增加,焊缝熔透状态得分经过一个峰值后又下降。存在一个使得焊缝熔透状态最佳的电压范围,试验范围内为16V左右。2.1.4 激光功率激光作为复合焊接中的另外一个热源,对焊缝的热输入也有一定的影响。但是,由于电弧焊产生的等离子体,对激光能量有一定的屏蔽作用[12],因而对焊缝熔透