激光电弧混合焊接中金元素的分布研究

激光电弧混合焊接将两种不同的热源（激光和电弧）结合在一起，在同一区域内协同工作。与单热源相比，激光电弧混合焊具有穿透力大，速度快，稳定性高，沟槽间间隙大，气孔小的特点，在汽车，造船，桥梁，起重机等领域得到了越来越多的改善。 。广泛的应用。作为激光焊接的重要补充和发展，激光电弧混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节焊接的合金元素成分，以改善焊接的显微组织和性能。由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混合焊接优势的关键。然而，对于窄而深的激光电弧混合焊缝，特别是对于大厚度的焊接结构，很难实现合金元素的均匀分布。目前，激光电弧混合焊接与缝合金元素的均质化越来越受到重视，但相关研究成果较少。其中，采用CO2激光-MAG复合焊接技术焊接了600MPa级高强度钢，研究了焊接接头的组织和性能。他们发现，焊缝上部的Mo和Mn含量远高于焊缝下部的Mo和Mn含量，而且合金元素的分布不均匀。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，仍然很难获得均匀的焊接。众所周知，对于中厚板激光电弧混合焊接，熔深超过10 mm，焊缝中合金元素的均匀分布将更加困难。另外，加磁场“搅动熔池”的方法促进了激光焊接池的流动。尽管随着激发电流的增加，激光焊接中硅元素的均质化程度有所提高，但合金元素仍存在明显的偏析和不均匀分布。从上面可以看出，激光电弧混合焊接和缝合金元素的均质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）复合焊接和缝纫中金元素分布的影响。讨论了熔池流动行为与合金元素分布之间的关系。焊接的试件是11毫米厚的低碳钢板。图1显示了CO2激光-GMA复合焊接测试的示意图。焊接测试是通过使用20 kW CO2激光进行平板穿透焊接进行的，焦距为500 mm，激光光轴垂直于测试件的表面，与GMA焊炬轴成35度角。激光聚焦位置在试件的表面，激光保护气体为氦气，流速为50 L / min。脉冲GMA焊接用于获得脉冲降传输模式。脉冲频率，峰值电压，基极电压，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。以毫秒为单位，电弧保护气体为He-38％，Ar-2％，流速为20 L / min。在焊接试验中，激光电弧距离为5mm，焊接材料为低合金焊丝，并调整了焊接速度，焊接方向，接头形式和坡口间隙等焊接参数：（1）焊接速度为0.7分别为1.0和2.0 m / min。为了实现穿透焊接，上述焊接速度对应的激光功率分别为7.5、8和12 kW，（2）在激光功率为8 kW，焊接速度为1.0 m / min的条件下，焊接方向分别为激光正面（LL）和弧形正面（LA），并采用平板堆焊（BOP）和I-butt对接（I-butt）两种接头形式，I型槽缝为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射线透射成像系统会由于焊池流动而影响焊缝中金元素的分布，因此在焊接过程中焊池流动观察到激光电弧混合焊接过程。高倍率观察试件表面熔池的流动。小便摄影。 Al 2 O 3颗粒用作示踪剂颗粒。 Al2O3颗粒的运动代表了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件内部的熔池流动。 X射线透射成像系统如图2所示。在焊接过程中，将铂丝放在试件上表面和下表面的焊缝上。由于铂对X射线的吸收速率大于钢对X射线的吸收速率，因此液态铂的流动表明内部熔池的流动行为。