YAG激光-MIG电弧复合焊热源相互作用及熔滴过渡研究

摘要

激光-电弧复合焊是在20世纪70年代末由英国伦敦帝国大学的W.Steen提出的一种新的焊接方法。这种焊接工艺综合了激光焊和电弧焊这两种焊接方法的优点,又弥补了各自的不足,具有广泛的应用前景。目前世界各国的研究者对激光-电弧复合焊做了大量的研究,但是对复合焊中热源的相互作用和熔滴过渡方面的研究还比较少,因此有必要对此做深入的研究。
　　 激光和电弧是两种物理特性完全不同的热源,具有各自的特点。当两种热源同时作用在焊接位置时,不是简单的叠加作用,而是会发生相互作用。由于这种相互作用的过程非常复杂,因此对其作用机理的详细研究非常困难,目前仍有很多问题需要去研究。在激光-电弧复合焊过程中,熔滴过渡关系到焊接质量的好坏和焊接过程的稳定,激光的加入改变了电弧力场、电磁场、熔池温度场以及表面张力场等,这使得激光-电弧复合焊中熔滴过渡发生了变化,因此有必要对激光-电弧复合焊的熔滴过渡过程进行研究。
　　 本文搭建了YAG激光-脉冲MIG电弧复合焊接试验系统,进行了焊接试验并同步采集了焊接过程中电信号和高速摄像信号。通过分析发现激光对脉冲MIG电弧具有明显的吸引、压缩和膨胀作用。这主要是因为YAG激光作用在工件上会产生大量金属蒸汽和少量等离子体,改变了电弧等离子体的形貌和状态,这也会影响到电弧和焊接过程的稳定。
　　 通过对复合焊接过程中的熔滴进行受力分析可知,激光改变了电弧力的大小和方向,激光产生的金属蒸汽对熔滴产生了反冲力阻碍了熔滴过渡,电弧等离子体会吸收穿过电弧的激光的能量,激光产生的金属蒸汽对熔滴也有热辐射的作用,会促进熔滴的过渡,复合焊的熔滴过渡是在这种综合的作用下的结果。本文分别对脉冲MIG和直流MIG的熔滴过渡进行了分析,对于一脉一滴,激光的加入降低了熔滴的过渡频率变为两脉一滴；对于一脉多滴,激光的加入增加了焊丝的熔化量,促进了熔滴过渡并使得熔滴过渡的颗粒半径减小；对于直流MIG焊射滴过渡,加入激光后熔滴过渡稳定,熔滴颗粒变得更加细小,形状不规则,这可能是金属蒸汽的反作用力将熔滴打碎的原因。