激光焊接是一種先進(jìn)的材料加工方式，以速度快、熔深大、變形小、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。然而，激光在焊接應(yīng)用中依然存在一些不足之處，如對(duì)工件精度要求高、熱循環(huán)時(shí)間快、易產(chǎn)生裂紋跟氣孔等。激光復(fù)合焊很好地解決了這一難題，它結(jié)合了激光與傳統(tǒng)焊接方式各自的優(yōu)點(diǎn)，逐漸發(fā)展成為一種先進(jìn)的材料連接技術(shù)，成為科研工作者研究的方向。與激光焊相比，可增大間隙裝配余度和熱效應(yīng)，擴(kuò)大了激光焊得應(yīng)用范圍，與電弧焊相比，可提高電弧的穩(wěn)定性和功率密度，從而進(jìn)一步提高焊縫熔深及焊接速度，改善焊接質(zhì)量。光纖激光器作為新一代激光器的代表，開展光纖激光器激光復(fù)合焊技術(shù)研究具有必要性和前瞻性。本研究建立了一套光纖激光器-TIG 復(fù)合焊接
圖3 光纖激光及光纖激光-TIG 復(fù)合焊焊接有間隙工件焊縫金相圖對(duì)比
圖4 TIG 焊與光纖激光-TIG 復(fù)合焊對(duì)比
圖5 光纖激光與光纖激光-TIG 復(fù)合焊的金相圖對(duì)比
系統(tǒng)，初步驗(yàn)證了光纖激光-TIG 復(fù)合焊接的可行性及其性能。
1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備
試驗(yàn)采用德國(guó)IPG 公司生產(chǎn)的YLR-500 單模光纖激光器，如圖1 所示，激光功率500 W，TIG焊接機(jī)采用日本松下TIG 焊機(jī)，并使用自制的激光-TIG復(fù)合焊頭及三維工作平臺(tái)進(jìn)行焊接試驗(yàn)，工作臺(tái)及復(fù)合焊頭如圖2 所示。
2 復(fù)合焊對(duì)間隙的適應(yīng)性
光纖激光器是一種高光束質(zhì)量的光源，相對(duì)于傳統(tǒng)激光光源，光纖激光器的光斑更小，在焊接有間隙的工件時(shí)，對(duì)工件間隙的敏感程度更高。在有間隙情況下光纖激光器以及光纖激光-TIG 復(fù)合焊焊縫的金相對(duì)比如圖3 所示。
圖3 光纖激光及光纖激光-TIG 復(fù)合焊焊接有間隙工件焊縫金相圖對(duì)比
激光-TIG 復(fù)合焊相對(duì)于單獨(dú)激光焊，焊接熔深增加了近兩倍，并且焊縫凹陷減小，更加飽滿，很好的展示了光纖激光-TIG 復(fù)合焊對(duì)工件間隙的適應(yīng)能力。光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)引入了電弧熱源，擴(kuò)大了熱作用范圍，熔化金屬增多，橋接能力增強(qiáng)，降低了對(duì)工件裝配精度的要求，減小了激光焊接技術(shù)應(yīng)用成本，改善了焊縫質(zhì)量，增加了光纖激光焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍。
3 復(fù)合焊對(duì)焊接穩(wěn)定性的影響
單獨(dú)TIG 焊接易受到環(huán)境因素的影響，尤其是在焊接速度較快時(shí)，容易出現(xiàn)咬邊、駝峰等焊接缺陷，而激光-TIG 復(fù)合焊接時(shí)，光致等離子體使得電弧穩(wěn)定燃燒并吸引電弧，即使在高速焊接時(shí)也不易發(fā)生電弧漂移或拉斷現(xiàn)象。
圖4 TIG 焊與光纖激光-TIG 復(fù)合焊對(duì)比
TIG 焊接以及光纖激光-TIG 復(fù)合焊接的焊縫及金相對(duì)比如圖4 所示，在不銹鋼表面進(jìn)行堆焊，其中TIG 焊接機(jī)的參數(shù)設(shè)定一致，從結(jié)果來看，光纖激光-TIG 復(fù)合焊引入激光后能夠明顯改善焊縫咬邊等成形情況，增加焊接的穩(wěn)定性。
4 復(fù)合焊對(duì)焊接熔深的影響
由于兩種熱源的相互作用和影響，復(fù)合焊接的熔深要大于單純激光或TIG 焊接。有研究表明，激光電弧復(fù)合焊中的電弧能夠稀釋光致等離子云，減小其對(duì)激光的影響，同時(shí)電弧對(duì)工件具有一定的預(yù)熱作用，進(jìn)一步提高了激光的吸收率并增加了焊接熔深；另外激光對(duì)電弧的聚焦、引導(dǎo)作用使得電弧穩(wěn)定性和效率提升，也有利于增加焊接熔深。
圖5 光纖激光與光纖激光-TIG 復(fù)合焊的金相圖對(duì)比
光纖激光以及光纖激光-TIG 復(fù)合焊接焊縫的金相對(duì)比如圖5 所示，試驗(yàn)中激光器的各項(xiàng)參數(shù)保持不變，在304 不銹鋼表面進(jìn)行堆焊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合焊的熔深比激光焊接增加了10%。激光電弧復(fù)合焊接過程是一個(gè)高度復(fù)雜的非線性過程，各熱源的焊接參數(shù)、空間姿態(tài)和位置等都會(huì)對(duì)焊接效果產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至出現(xiàn)相互抑制的情況。因此，深入開展激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究，尤其是針對(duì)光纖激光器等成規(guī)模應(yīng)用的先進(jìn)光源的復(fù)合焊接技術(shù)研究，深化對(duì)復(fù)合焊接機(jī)理的認(rèn)識(shí)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。
5 結(jié)論
?。?）通過實(shí)驗(yàn)證明，光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)提高了對(duì)工件間隙的適應(yīng)能力，改善了光纖激光焊接對(duì)間隙等工件裝配精度過于敏感的特性。
?。?）光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)較好的抑制了焊縫咬邊等缺陷的出現(xiàn)，增加了焊接過程的穩(wěn)定性。
?。?）研究了光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)對(duì)焊接熔深產(chǎn)生的影響，兩種熱源交互作用，在一定程度上提高了焊接熔深。
?。?）光纖激光器目前正在逐步普及，對(duì)于光纖激光-TIG 復(fù)合焊接技術(shù)，尤其是相關(guān)工藝和復(fù)合機(jī)理的研究較少，還需投入精力進(jìn)行深入研究和大力推廣。
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