隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，尤其是工程機械、船舶、軌道交通、汽車零部件、管道、容器、鋼構(gòu)及其它重工行業(yè)對高質(zhì)量、高效率焊接技術(shù)的需求日益增加，激光-電弧復合焊作為一種新型、高效、優(yōu)質(zhì)的焊接工藝，其市場需求將持續(xù)增長。 同時，在全球環(huán)保意識日益增強的背景下，激光-電弧復合焊技術(shù)以其環(huán)保、節(jié)能的特點，成為推動可持續(xù)發(fā)展的重要力量。相比傳統(tǒng)的焊接方法，激光電弧復合焊技術(shù)能夠減少廢氣等污染的排放，降低能源消耗和環(huán)境污染，符合現(xiàn)代工業(yè)對綠色生產(chǎn)的要求。 ▲圖1.1焊接方法特點對比 激光-電弧復合焊具有高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、低成本的焊接特點，單道熔透厚度可達20mm以上，相比純電弧約0.6m/min的焊接速度，復合焊速度可達2m/min，對于20mm厚板，復合焊可不開坡口直接焊接，綜合效率可提高10倍以上，各焊接方法特點對比如圖1.1所示。 2、激光-電弧復合焊設(shè)備組成及原理 ▲圖2.1激光-電弧復合焊設(shè)備組成 激光-電弧復合焊設(shè)備組成如圖2.1所示，主要包括激光器、弧焊電源、送絲機、復合焊接頭、機器人及控制系統(tǒng)等。 激光-電弧復合焊原理如圖2.2所示，激光熱源與電弧熱源疊加共同作用于母材，激光可獲得深度，電弧可獲得飽滿度。為達到最佳的激光電弧耦合效果，需對多參數(shù)進行設(shè)置匹配。圖中，D1為光束離焦量，D2光絲間距（焊絲與激光光斑中心的距離），D3為焊絲干伸長度，A為弧焊槍焊接角度，其它參數(shù)還包括激光相關(guān)參數(shù)，如激光器功率、光纖芯徑、激光頭配置等，電弧相關(guān)參數(shù)，如焊絲直徑、電流、電壓、保護氣及流量等，在實際焊接過程中還需針對工件形狀進行復合焊槍姿態(tài)調(diào)整。 ▲圖2.2激光-電弧復合焊原理圖 3、大族光子大功率復合焊激光器 ▲3.1 大族光子新一代萬瓦激光器產(chǎn)品 大族光子針對復合焊開發(fā)了第一代萬瓦系列激光器，功率覆蓋12kW~60kW，具有功率響應(yīng)時間快、穩(wěn)定性高的特點，滿功率響應(yīng)時間小于50μs，11小時烤機功率波動<1%。 ▲圖3.2 20kW激光器功率穩(wěn)定性測試 大族光子新一代萬瓦激光器產(chǎn)品采用976nm泵浦技術(shù)，電光效率最高達45%，產(chǎn)品光模塊的集成度高，支持總線控制功能，可以同時兼顧薄板的高速切割與中厚板的亮面切割，大大提高穿孔、切割、焊接等工藝質(zhì)量，主要應(yīng)用于新能源、船舶制造、航空航天、工程機械等行業(yè)的切割、焊接、熔覆、表面處理等領(lǐng)域。 ▲圖3.3 激光器參數(shù)表 4、復合焊測試 焊接試板材料選擇常用的碳鋼，牌號為Q235B，焊絲選用牌號為ER50-6，激光器為大族光子20kW連續(xù)光纖激光器。 12~20mm碳鋼單面角焊、25mm碳鋼雙面角焊成形如圖4.1~4.6所示，在較優(yōu)激光入射角度下，單面角焊可實現(xiàn)20mm厚板單面焊雙面成形，焊縫成形良好，未見氣孔、未熔合等缺陷。 ▲圖4.1 12mm試板角焊正反面成形效果 ▲圖4.2 16mm試板角焊正反面成形效果 ▲圖4.3 20mm試板角焊正反面成形效果 ▲圖4.4 25mm試板雙面角焊成形效果 ▲圖4.5 20mm試板角焊焊縫截面 ▲圖4.6 25mm試板雙面角焊焊縫截面 8~20mm碳鋼拼焊單面焊、25mm碳鋼拼焊雙面焊成形如圖4.7~4.11所示，焊縫成形良好，未見氣孔、未熔合等缺陷。 ▲圖4.7 8mm試板拼焊成形效果 ▲圖4.8 12mm試板拼焊成形效果 ▲圖4.9 16mm試板拼焊成形效果 ▲圖4.10 20mm試板拼焊成形效果 ▲圖4.11 25mm試板拼焊雙面焊成形效果 選取12mm拼焊試板進行拉力測試，焊縫拉伸測試結(jié)果如圖4.12所示，斷裂位置為母材，焊縫抗拉強度良好。 ▲圖4.12 12mm試板拼焊拉伸測試結(jié)果 進行1.5m長縫焊接測試，焊接樣件如圖4.13所示，樣件正反面成形均勻，焊接穩(wěn)定性良好。 ▲圖4.13 1.5m長試板焊接樣件 5、總結(jié) （1）采用20kW激光器進行中厚板碳鋼復合焊，角焊可實現(xiàn)20mm厚板單面熔透焊接，拼焊可實現(xiàn)20mm厚板單面熔透焊接，雙面焊接厚度不小于25mm。 （2）激光-電弧復合焊效率高、焊接質(zhì)量好、焊接強度高。 （3）經(jīng)1.5m長縫焊接測試驗證，大族光子激光器焊接穩(wěn)定性良好。
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