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金屬鈑金新聞

鋁合金擺動激光-MIG焊(熔化極惰性氣體保護(hù)焊)氣孔抑制研究

星之球科技 來源：江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2021-09-29 我要評論(0 )   

簡介：采用擺動激光-MIG焊混合焊接法對AA6082鋁合金進(jìn)行焊接。通過電子束擺動，可以在100-300安培的電弧電流范圍內(nèi)有效地抑制孔隙率（特別是在低電弧電流水平下）。隨著...


簡介：采用擺動激光-MIG焊混合焊接法對AA6082鋁合金進(jìn)行焊接。通過電子束擺動，可以在100-300安培的電弧電流范圍內(nèi)有效地抑制孔隙率（特別是在低電弧電流水平下）。隨著擺動幅度和頻率的增加，孔隙率大大降低，并獲得了不同振幅下無孔隙的閾值頻率。通過“三明治”高速視頻法觀察匙孔行為，并研究了光束擺動對孔隙形成和抑制的影響。研究中發(fā)現(xiàn)孔隙率的抑制取決于三個原因——其一，高頻擺動匙孔可以“捕獲”熔池和凝固前沿的氣泡或空腔。其二，高頻擺動可以擴(kuò)大匙孔直徑，提高匙孔穩(wěn)定性。第三，光束擺動可以在熔池中形成攪拌效應(yīng)、產(chǎn)生湍流，降低氣泡向凝固前沿移動的可能性。





1.介紹





鋁合金重量輕、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、成本低，因此其高效高質(zhì)的焊接備受關(guān)注。激光焊接由于其熔深、焊接速度快、焊接靈活，是一種重要的鋁合金熔焊工藝。然而，激光焊接在鋁合金上的應(yīng)用通常受到嚴(yán)重氣孔缺陷的限制，尤其是那些厚度在4 mm以上的中厚板。





鋁合金激光焊接中的氣孔類型主要是匙孔類氣孔，根據(jù)近年來相關(guān)研究，其形成原因已基本明朗。通過X射線相位對比和“三明治”觀察方法，Miyagi等人證明孔隙來源于匙孔不穩(wěn)定產(chǎn)生的氣泡。此外，Huang等人的研究發(fā)現(xiàn)由于熔融更強(qiáng)烈，小孔更不穩(wěn)定，鋁比鋼更容易形成匙孔類氣孔。





激光-電弧復(fù)合焊接(Laser-arc hybrid welding,LAHW)由于激光和電弧焊接過程的協(xié)同效應(yīng)而受到越來越多的關(guān)注。雖然深穿透（熔深）是LAHW的一個優(yōu)點，但在中厚鋼板中，匙孔類氣孔仍然很嚴(yán)重。一般認(rèn)為，高電弧電流有利于抑制匙孔類氣孔。Katayama等人通過研究首次發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)電弧電流大于240 A時，才能有效抑制5 mm厚鋁鎂板的氣孔。Chen Zhang等人利用300 A電弧電流成功消除了LAHW 8 mm厚AA6082鋁合金的氣孔。他們進(jìn)一步證明，高電弧電流可以抑制熔池并縮短上浮距離，這為氣泡從熔池中逸出創(chuàng)造了條件。上述研究表明，要克服LAHW中厚鋁合金中的氣孔，需要超過240安培的電弧電流。然而，高電弧電流意味著過多的熱量輸入，這將使晶粒粗大并削弱焊縫。到目前為止，在中低電弧電流下消除LAHW中厚鋁合金的氣孔仍頗具挑戰(zhàn)性。





▲圖1 LAHW焊縫#6的晶界特征分布(GBCD)圖，(a)截面內(nèi)的試驗位置，(b)焊縫中心的金屬焊縫區(qū)，區(qū)域1的細(xì)節(jié)圖，(c)區(qū)域4的細(xì)節(jié)圖，(d)熔合線旁邊的金屬焊縫區(qū)，區(qū)域2的細(xì)節(jié)圖，(e)熱影響區(qū)，區(qū)域4的細(xì)節(jié)圖。小角度晶界(LABs)和大角度晶界(HABs)分別用紅色和黑色線條描繪





近期，光束擺動被用來抑制激光焊接中的匙孔類氣孔。如圖2，在5A06鋁合金的激光擺動焊接中，Zhimin Wang等人將匙孔類氣孔率降低到2.5 %以下。Fetzer等人在2018年的研究中發(fā)現(xiàn)，在200 Hz的擺動頻率下，采用光束環(huán)形擺動的激光焊接可以完全避免AA6082鋁合金焊縫的氣孔。Chen Zhang等人去年對5A06鋁合金激光環(huán)形擺動焊接的研究表明，當(dāng)擺動速度大于70 m/min時，熔池中的氣孔會受到抑制。





▲圖2 機(jī)械試驗a.鎖底圖b.有無光束擺動的基材(BM)和激光焊縫的抗拉強(qiáng)度(tensile strength)和延展性。





盡管有上述優(yōu)點，但目前將光束擺動應(yīng)用于鋁合金激光焊接仍然較少。在中低電弧電流(≤200 安培)下，光束擺動的孔隙抑制在LAHW中是否仍起作用尚不清楚。與此同時抑制孔隙度的規(guī)律和孔隙消失的擺動參數(shù)閾值等也有待研究。在本文中，作者試圖對此展開探索，本研究結(jié)果有助于提高鋁合金厚板低電弧電流激光焊接的工業(yè)應(yīng)用。





2.實驗材料和方法





光束環(huán)形擺動激光-MIG焊接采用尺寸為150 × 100 × 8 mm的AA6082鋁合金板和直徑為1.6 mm的ER5087鋁填充金屬，其化學(xué)成分見表1。如圖3所示，擺動激光-MIG混合焊（oscillating laser-MIG hybrid welding,O-LMHW）系統(tǒng)由IPG YLR-6000光纖激光器、激光頭、FRonIUS TPS4000 MIG弧焊機(jī)和FUNAC M-710ic/50機(jī)器人組成。激光頭由準(zhǔn)直系統(tǒng)、振鏡掃描器和F-θ物鏡組成。當(dāng)激光束靜止時，會垂直于工件表面。電弧噴槍中心線和工件表面之間的角度為55°。激光和電弧之間的距離為3毫米，焊絲伸出長度為16毫米。保護(hù)氣體為純氬氣。選擇環(huán)形擺動模式，焊接方向(機(jī)器人的移動方向)定義為X方向，與之垂直的方向定義為Y方向。焊接過程中，激光頭發(fā)出的擺動光束引導(dǎo)熔化極氣體保護(hù)焊炬實現(xiàn)了O-LMHW焊接。





表1 金屬基材和填充金屬的化學(xué)成分





▲圖3 O-LMHW裝置和光束擺動模式示意圖





表2 焊接參數(shù)





焊接前，先用丙酮清洗工件，然后依次用氫氧化鈉溶液和硝酸溶液去除工件上的氧化膜。焊接后，通過x光無損檢測對焊縫氣孔進(jìn)行檢查。X射線無損檢測的典型結(jié)果如圖4所示，其中黑點為氣孔，白色區(qū)域為焊縫表面強(qiáng)化。





▲圖4 x光無損檢測的結(jié)果





選擇中間100毫米長的焊縫來計算焊縫孔隙率，即基于標(biāo)準(zhǔn)ISO 10042的氣孔和焊縫的投影面積之比?？紫堵实陀?.5 %的焊縫為一級焊縫。





▲圖5 O-LMHW氣孔輪廓和行為的觀測方法，(a)觀測裝置示意圖(b)定位光束擺動中心點的原理圖。





如圖5(a)所示，通過“三明治夾心”的方法觀察匙孔動力學(xué)，以研究孔隙形成和抑制的機(jī)理。一個AA6082鋁合金和一個尺寸為100 × 30 × 8 mm3的GG17級石英玻璃機(jī)械結(jié)合。O-LMHW在鋁板一側(cè)進(jìn)行。使用高速攝像機(jī)(Phantom V710)和透射帶為810±5納米的帶通濾波器進(jìn)行高速成像。采用波長為810 nm的激光照明系統(tǒng)對熔池和匙孔進(jìn)行照明。在7000幀/秒和1 μs曝光下拍攝圖片。為了清晰地觀察匙孔的輪廓特征，盡量減少石英玻璃對焊接過程的干擾，光束擺動中心點的定位原理如圖5(b)所示。光束擺動中心點到GG17玻璃邊緣的法向距離是擺動幅度和光斑半徑之和。這樣，通過GG17玻璃可以清晰地觀察到熔池和匙孔的輪廓，并在匙孔旋轉(zhuǎn)到鋁板邊緣時用高速攝像機(jī)記錄下來。焊接后，用數(shù)碼相機(jī)拍攝焊縫和匙孔。





3.結(jié)果和討論





3.1.光束擺動參數(shù)對孔隙度的影響





當(dāng)電流（表示為I）為200 安培，頻率為300 Hz時，振幅（表示為A）對孔隙率分布、焊縫孔隙率和熔深的影響如圖6所示。圖6(a)中，當(dāng)A≤ 0.4 mm時，大量氣孔位于中心線，其直徑大多在1 mm以上，當(dāng)A= 0.6 mm時，大氣孔基本消失，很少能看到直徑小于0.5 mm的小氣孔。當(dāng)A≥ 0.8毫米時，無損檢測薄膜中看不到孔隙。





▲圖6 (a)不同頻率下孔隙率的x射線無損檢測結(jié)果，(b)擺動頻率對孔隙率和熔深的影響(I = 200 安培，f = 300 Hz)





在圖6(b)中，當(dāng)A從0增加到0.8 mm時，孔隙率從5.7 %急劇下降到0.2 %，然后當(dāng)A > 0.8 mm時，孔隙率為0，如圖中的紅色區(qū)域所示，當(dāng)A ≥ 1.5 mm時，焊縫熔深小于3 mm，激光作用區(qū)消失，這意味著焊接模式為傳導(dǎo)模式，因此不存在匙孔類氣孔。如圖中綠色區(qū)域所示，當(dāng)0.6 mm ≤ A≤1 mm時，焊縫熔深超過5 mm，焊接方式為匙孔模式，其中匙孔類氣孔消失。值得注意的是，在A = 0.4 mm和A = 0.6 mm時，焊縫熔深幾乎相同，但孔隙率分別為2.3 %和0.5 %，這意味著它們之間存在誘導(dǎo)孔隙抑制的閾值幅度。





當(dāng)I = 200 安培、A = 0.6 mm時，擺動頻率對孔隙率分布、焊縫孔隙率和熔深的影響如圖7所示。焊縫孔隙率和熔深隨著擺動頻率的增加而減小。根據(jù)熔深和焊縫截面形態(tài)，可以判斷在所有頻率下，焊接過程都是匙孔模式。當(dāng)f





▲圖7 (a)不同頻率下孔隙率的x射線無損檢測結(jié)果，(b)擺動頻率對孔隙率和熔深的影響(I = 200 安培，A = 0.6 mm)





觀察圖8可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)0.2 mm ≤ A ≤ 0.4 mm時，孔隙率幾乎沒有被抑制。即使將頻率增加到1000 Hz，孔隙率仍然高達(dá)2%。當(dāng)A≥ 0.6毫米時，孔隙率隨著頻率的增加而顯著降低，并達(dá)到0.5 %(一級焊接標(biāo)準(zhǔn))，直到頻率增加到一個閾值。頻率閾值隨著振幅的增加而降低。





▲圖8 擺動參數(shù)對孔隙率的影響(I = 200 安培)。





3.2.孔隙度抑制閾值擺動參數(shù)





如圖9所示，無光束擺動的焊縫孔隙率隨著電弧電流I的增大而減小，只有當(dāng)I增大到300安培且焊縫為全熔透時，孔隙率才能減小到1.5 %左右。相比之下，在合適的擺動參數(shù)下，可以在100-300 安培范圍內(nèi)通過光束環(huán)形擺動獲得無氣孔焊縫。無氣孔焊縫的頻率閾值隨著電弧電流的增加而降低?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)I為100 、150 、200、250 和300安培時，對應(yīng)的頻率閾值分別為500 Hz、400 Hz、350 Hz、150 Hz和100 Hz。上述結(jié)果意味著，通過在LMHW中加入環(huán)形擺動，成功解決了LMHW中厚鋁合金必須使用高電弧電流(> 250安培)來抑制氣孔的技術(shù)瓶頸。





▲圖9 不同電弧電流在A = 0.6 mm下，LMHW與O-LMHW的孔隙率比較。





3.3. 匙孔類氣孔形成的機(jī)理





▲圖10 LMHW的高速圖像和匙孔輪廓示意圖(P = 5000 W，I = 200 安培，vw = 2 m/min)。





Ming Gao等人將LMHW的熔池和焊縫分為兩個區(qū)域。熔池的上半部分為弧區(qū)(ArcZ)，是由電弧和匙孔共同作用形成的，這一區(qū)域長而淺；下半部分即激光區(qū)(LaserZ)由匙孔、前壁和后壁組成，其形成主要依賴于匙孔的作用。激光區(qū)的寬度約為1毫米，匙孔的直徑約為0.5毫米。當(dāng)激光束照射匙孔中的液態(tài)金屬時，造成其強(qiáng)烈蒸發(fā)，形成大量的金屬蒸氣。





根據(jù)S. Li等人的說法，向下流動的蒸氣在匙孔底部遭遇向上流動的蒸氣，形成蒸氣漩渦。流動的蒸氣漩渦在匙孔壁上產(chǎn)生強(qiáng)烈的反沖壓力，導(dǎo)致匙孔后壁局部膨脹，形成凸起。由于匙壁波動的方式和強(qiáng)度是隨機(jī)的，匙孔口的頻繁閉合會導(dǎo)致低電弧電流下的LMHW匙孔不穩(wěn)定。





▲圖11 匙孔類氣孔形成的機(jī)理(不規(guī)則根部氣孔)，(a)匙孔的動態(tài)高速圖像，(b)不規(guī)則根部氣孔的形成，(c)焊縫和不規(guī)則根部氣孔的剖面照片，(P = 5000 W，I = 200 A，vw = 2 m/min)。





▲圖12 匙孔類氣孔形成的機(jī)理(圓形中間孔隙)，(a)匙孔的動態(tài)高速圖像，(b)環(huán)形中間孔隙的形成(c)焊縫和環(huán)形中間孔隙的剖面圖，(P = 5000 W，I = 200 A，vw = 2 m/min)。





Jiajun Xu等人發(fā)現(xiàn)，匙孔不穩(wěn)定是形成匙孔類氣孔的關(guān)鍵。圖11、圖12展示了LMHW中兩種典型孔隙形成的機(jī)理。在圖11(a)和(b)中，當(dāng)入射激光誘導(dǎo)的蒸氣射流作用在匙孔下部時，可能使前后壁局部隆起，導(dǎo)致匙孔輪廓扭曲(可觀察圖中t = 1.57 毫秒ms)。此時，液態(tài)金屬被堵在局部變窄的匙孔中間，根部被封閉形成空腔。隨著匙孔前移，液態(tài)金屬無法回填空腔，最終在焊縫根部形成氣孔。





在圖12(a)和(b)中，當(dāng)入射激光誘導(dǎo)的蒸汽射流作用在匙孔中部時，可能使匙孔后壁局部隆起，形成氣腔。當(dāng)匙孔前移時，氣腔變?yōu)闅馀?，隨后進(jìn)入熔池，隨熔體流動向后方移動。因為LaserZ很窄，氣泡在上浮之前很容易被凝固前沿“捕獲”。最后，氣泡被截留在焊縫中，形成環(huán)形孔隙。在圖12(c)中，由氣泡形成的匙孔類氣孔大多位于焊縫的中部和上部，呈環(huán)形。





以上結(jié)果表明，提高小孔穩(wěn)定性、使液態(tài)金屬回流到根管腔是抑制不規(guī)則根管氣孔的關(guān)鍵。此外，提高匙孔穩(wěn)定性、減少氣泡數(shù)量或促進(jìn)氣泡上浮都有利于抑制環(huán)形孔隙。





3.4.光束擺動抑制孔隙的機(jī)理





3.4.1.匙孔行為





在低擺動幅度的情況下，以A = 0.2 mm，f = 300 Hz為例，匙孔行為對孔隙的影響如圖13所示。在圖13(a)-(b)中，光束擺動區(qū)域非常小，僅有束斑直徑那么大，其匙孔和熔池的輪廓與無擺動焊接相似。由于匙孔的不穩(wěn)定性，如圖中t = 1.43 毫秒和t = 3.86 毫秒所示，在熔池根部形成氣泡或空腔。此外，ArcZ長而淺，而LaserZ深而窄，寬度為1.1毫米。這種形態(tài)對氣泡從熔池中逸出極為不利。在t = 17.73 ms時，空腔變成了孔隙。





圖13 低振幅下匙孔類氣孔形成的機(jī)理，(a)匙孔的動態(tài)高速圖像，(b)空腔形成的機(jī)理(c)焊縫和氣孔的剖面照片，(I = 200 A，A = 0.2 mm，f = 300 Hz)。





在高振幅和低頻率的情況下，以A = 0.6 mm和f = 10 Hz為例，匙孔行為如下圖所示。在圖14(a)-(b)中，擺動頻率太低，無法疊加擺動激光能量，因此LaserZ較窄，隨匙孔四處移動。t = 0 ms時，匙孔向鋁板邊緣移動，可以觀察到匙孔內(nèi)發(fā)生了局部收縮。在t = 15 ms時，隨著匙孔的移動，空腔形成并留在固化的焊縫中。當(dāng)匙孔再次轉(zhuǎn)向鋁板邊緣時，由于擺動速度較慢，熔池向前移動了很長一段距離。最后，在t = 30 ms時，空腔變成孔隙。如圖14(c)所示，氣孔分布在焊縫中下部，焊縫熔深波動較大，產(chǎn)生波狀根部形貌。





▲圖14 高振幅、低頻下匙孔類氣孔形成的機(jī)理，(a)匙孔的動態(tài)高速圖像，(b)空腔形成的機(jī)理(c)焊縫和氣孔的剖面照片，(I = 200 A, A = 0.6 mm, f = 10 Hz)。





在高振幅和中頻的情況下，以A = 0.6 mm和f = 100 Hz為例，匙孔行為如圖15所示。在圖15(a)中，由于相對較高的擺動頻率，激光能量可以完全疊加形成一個大的LaserZ，其寬度為1.5毫米。在t = 1.57毫秒時，由于匙孔不穩(wěn)定，在根部出現(xiàn)一個空腔。t = 3.72 ms時，空腔留在焊縫中。但在t = 10 ms和11 ms時，可以觀察到，當(dāng)匙孔再次轉(zhuǎn)回鋁板邊緣時，遇到空腔，然后空腔消失。圖15(b)顯示了通過“匙孔捕獲”抑制氣孔的機(jī)理。這表明以高擺動頻率移動的匙孔可能“捕獲”熔池中的氣泡或空腔，從而消除孔隙。顯然，根據(jù)這一機(jī)制，頻率越高，氣泡或空腔被捕獲的可能性越大，越容易抑制孔隙。如圖15(c)所示，盡管與低擺動頻率相比，孔隙的數(shù)量大大減少，但是孔隙并沒有被完全抑制。





▲圖15 高振幅、中頻下匙孔類氣孔形成的機(jī)理，(a)匙孔的動態(tài)高速圖像，(b)匙孔“捕獲”形成的氣孔抑制機(jī)理(c)焊縫和氣孔的剖面照片，(I = 200 A, A = 0.6 mm, f = 100 Hz)。





在高振幅和高頻率的情況下，以A = 0.6 mm和f = 300 Hz為例，匙孔行為如圖16所示。如圖16(a)中t = 0 ms時所示，匙孔直徑和LaserZ寬度分別為0.9 mm和2.2 mm。從t = 1 ms到t = 3.67 ms也觀察到了“匙孔捕獲”現(xiàn)象，值得注意的是，從t = 4 ms到t = 5 ms，當(dāng)匙孔從其原始位置移開時，熔體流動可以及時將其填滿。很明顯，在這個過程中，匙孔保持打開的狀態(tài)且相對穩(wěn)定，因此不會產(chǎn)生氣泡或空腔。





▲圖16 高振幅、高頻率下匙孔類氣孔形成的機(jī)理，(a)匙孔的動態(tài)高速圖像，(b)溶體填補(bǔ)空腔的過程圖，(c)溶體填補(bǔ)坯料的過程圖，(I = 200 A, A = 0.6 mm, f = 300 Hz)。





如圖16(b)所示，在高擺動速度條件下，激光束主要作用于前壁。由于匙孔開口擴(kuò)大，蒸氣射流對后壁的沖擊減小，使匙孔保持穩(wěn)定。此外，在匙孔移開后，漸漸擴(kuò)大且穩(wěn)定的匙孔使液態(tài)金屬穩(wěn)定流動，從底部穩(wěn)定地充滿坯料，并不會導(dǎo)致匙孔塌陷，因此氣泡或空腔形成的可能性會大大降低。如圖16(c)所示，孔隙基本消失、焊縫根部光滑，熔深波動小，這些都說明匙孔比較穩(wěn)定。





3.4.2.擺動激光束的攪拌熔池對孔隙的影響





Fetzer等人指出，孔隙的形成與熔體流動密切相關(guān)，熔體流動可能將氣泡帶入凝固前沿。不同的擺動參數(shù)會對熔體流動產(chǎn)生不同的影響，最終影響孔隙的形成。通過高速視頻觀察O-LMHW的流體流動，研究人員發(fā)現(xiàn)光束擺動可以在熔池中形成攪拌效應(yīng)，促進(jìn)熔體流動由層流向湍流轉(zhuǎn)變。如圖17(a)所示，通過光束擺動攪拌的熔池可視為攪拌槽，而匙孔可視為攪拌棒。





▲圖17 光束擺動的攪拌效應(yīng)，(a)作為攪拌槽的攪拌熔池示意圖，(b)不同擺動參數(shù)下攪拌雷諾數(shù)Re的變化。





當(dāng)Re<1000時，熔池內(nèi)的流動類型為層流瞬變流。根據(jù)Katayama等人研究，氣泡將隨著層流移動到熔池的后部。同時，氣泡可能會變大，在逃離熔池之前很容易就會被凝固前沿捕獲，最終導(dǎo)致氣孔的形成。





當(dāng)Re>1000時，流動類型從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，擾亂了熔體的有序流動。強(qiáng)烈的攪拌作用將氣泡限制在渦流區(qū)附近。因此，氣泡向凝固前沿移動的可能性大大降低。同時，湍流對氣泡有很強(qiáng)的剪切作用，使其破裂，從而形成較大孔隙的概率大大降低。基于以上原因，攪拌熔池的效果越強(qiáng)，抑制氣孔的效果越好。





3.4.3.光束擺動和電弧電流與孔隙的關(guān)系





如前所述，高電弧電流有利于抑制氣孔。電弧壓力呈高斯分布，即電弧電流越高，電弧中心壓力越高。隨著電弧電流的增加，電弧壓力增加，抑制了熔池表面，縮短了氣泡逸出的上浮距離。Chen Zhang等人提出通過增加電弧電流可以增強(qiáng)電弧區(qū)（ArcZ）和激光區(qū)（LaserZ）的對流，增大激光的截面積，使氣泡更容易逸出。因此，足夠高的電弧電流可以為氣泡提供更好的逃逸環(huán)境。





據(jù)此我們可以得出這樣的結(jié)論——在O-LMHW中，孔隙的抑制依賴于光束擺動和電弧電流的共同作用。當(dāng)電弧電流較低時，光束擺動的效應(yīng)（如“匙孔捕獲”效應(yīng)）、穩(wěn)定匙孔和攪拌熔池等都對抑制氣孔起到了重要的作用。當(dāng)電弧電流足夠大時，比如達(dá)到300安培時，電弧電流的作用使氣泡更容易逸出，所以只需要較低頻率的電子束擺動即可抑制氣孔。這就是無氣孔焊縫的頻率閾值隨著電弧電流的增加而降低的原因。





4.結(jié)論





這些研究工作表明，電子束擺動對抑制鋁合金中的氣孔有很好的效果。光束環(huán)形擺動完美突破了中厚鋁合金LAHW焊接方式下抑制氣孔需要高電弧電流(> 250安培)的技術(shù)瓶頸。用“三明治”方法直接觀察了匙孔行為，并討論了氣孔形成和抑制的機(jī)理?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論:





※在電弧電流為200 A的情況下，當(dāng)A > 0.4 mm時，電子束擺動可有效消除焊縫氣孔。隨著頻率的增加，孔隙大大降低。在不同的振幅下，存在無孔隙的閾值頻率。閾值頻率和振幅之間的定量關(guān)系可以表示為方程f = 391.53A2-1143.7A + 886.64。





※ 在0-LMHW中，可以在100-300安培電弧范圍內(nèi)獲得無氣孔焊縫。無氣孔閾值頻率隨著電弧電流的增大而減小，分別為:100 安培時為500 Hz，150 安培時為400 Hz，200 安培時為350 Hz，250 安培時為150 Hz，300 安培時為100 Hz。





※ 擺動匙孔觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)A = 0.6 mm，f≥100 Hz時，高擺動頻率的小孔可以“捕獲”熔池和凝固前沿的氣泡或空腔，從而消除氣孔。此外，由于高頻擺動可以擴(kuò)大匙孔直徑，提高其穩(wěn)定性，因此匙孔坍塌形成氣泡的概率大大降低。





※ 光束擺動可以在熔池中形成攪拌效應(yīng)，產(chǎn)生湍流，降低氣泡向凝固前沿移動的可能性。





※ 電子束擺動和電弧電流的共同作用可以抑制氣孔。在低電流水平(≤200 安培)下，高頻光束擺動起主導(dǎo)作用。在足夠高的電弧電流水平(> 250安培)下，電弧電流可以發(fā)揮主要作用。





來源： Lei Wang，Yao Liu，Chenggang Yang，Ming Gao，Study of porosity suppression in oscillating laser-MIG hybrid welding of AA6082 aluminum alloy，Journal of Materials Processing Technology，https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117053





參考文章：





1. C. Zhang, M. Gao, D.Z. Wang, J. Yin, X.Y. Zeng，Relationship between pool characteristic and weld porosity in laser arc hybrid welding of AA6082 aluminum alloy，J. Mater. Process. Technol., 240 (2017), pp. 217-222





2. S. Li, G. Chen, M. Zhang, Y. Zhou, Y. Zhang，Dynamic keyhole profile during high-power deep-penetration laser welding，J. Mater. Process. Technol., 214 (3) (2014), pp. 565-570



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