激光 - 电弧复合焊接中金元素分布的研究

激光 - 电弧复合焊接结合了两种不同的热源，激光和电弧，在同一区域内协同工作。与单一热源相比，激光 - 电弧复合焊接具有穿透力大，速度快，稳定性高，沟槽间隙小，孔隙小等特点，在汽车，造船，桥梁，起重机等领域日益完善。 。应用范围广泛。作为激光焊接的重要补充和发展，激光 - 电弧复合焊接相对于激光焊接的优点之一是通过添加焊接材料来调整焊缝的合金元素成分，以改善焊缝的微观结构和性能。通过焊接材料在焊缝中添加的合金元素的均匀分布是激光 - 电弧复合焊接的优点的关键。然而，对于窄而深的激光 - 电弧复合焊缝，特别是对于大厚度焊接结构，很难实现合金元素的均匀分布。目前，激光 - 电弧复合焊接和拼接金元素均匀化受到越来越多的关注，但相关的研究成果较少。其中，采用CO2激光 - MAG复合焊接焊接600MPa级高强度钢，研究了焊接接头的组织和性能。他们发现焊缝上部Mo和Mn含量远高于焊缝下部，合金元素分布不均匀。此外，本研究中使用的激光功率为2.4 kW，焊缝熔深约为4 mm。在这种情况下仍然难以获得均匀的焊缝。众所周知，对于中厚板激光 - 电弧复合焊接，穿透超过10毫米，合金元素在焊缝中的均匀分布将更加困难。另外，在搅拌熔池时添加磁场的方法促进了激光焊接池的流动。虽然激光焊接中Si元素均匀化程度随着激励电流的增加而提高，但仍存在明显的偏析和合金元素的均匀分布。从上面可以看出，激光 - 电弧复合焊接和缝合金元件的均匀化需要深入的研究和分析。因此，研究了焊接工艺参数对CO2激光熔融气体保护（GMA）复合焊接和缝合中金元素分布的影响。讨论了熔池流动特性与合金元素分布的关系。焊接试件是11毫米厚的低碳钢板。图1显示了CO2激光-GMA复合材料焊接试验​​的示意图。焊接试验通过平板穿透焊接进行，使用20kW CO2激光器，焦距为500mm，激光光轴垂直于试样表面，与GMA割炬轴成35度。激光聚焦位置在试样的表面上，激光保护气体是He气体，流速为50L / min。脉冲GMA焊接用于获得脉冲下降传输模式。脉冲频率，峰值电压，基准电压，峰值电流，基极电流和脉冲宽度分别为200Hz，41V，36V，470~480A，90~100A和2.5。在ms中，电弧保护气体为He-38％，Ar-2％，流速为20L / min。在焊接试验中，激光弧距为5mm，焊接材料为低合金焊丝，焊接速度，焊接方向，接头形状和槽间隙等焊接参数调整：（1）焊接速度为0.7 ，分别为1.0和2.0米/分钟。为了实现穿透焊接，对应于上述焊接速度的激光功率分别为7.5,8和12kW，（2）在激光功率为8kW，焊接速度为1.0m / min的情况下，焊接方向分别是激光前（LL）和前弧（LA），并采用平板堆焊（BOP）和I-butt平焊对接（I-butt）两种接头形式，I型槽间隙为0,0.5,1.0mm 。图1 CO2激光-GMA复合焊接试验装置（焊接方向为弧前）图2 X射线透射成像系统由于焊池流动影响焊缝中金元素的分布，因此焊池流动期间激光 - 电弧复合焊接工艺观察。通过高压观察试样表面上的熔池流动peed摄影。 Al 2 O 3颗粒用作示踪颗粒。 Al 2 O 3颗粒的移动表示熔池表面的流动行为。同时，通过X射线透射成像系统观察试样内的熔池流动。 X射线透射成像系统如图2所示。在焊接过程中，铂丝放置在测试片的上表面和下表面上的焊道上。由于铂的X射线吸收率大于钢的吸收率，因此液态铂的流动表示内部熔池的流动行为。