TIG激光复合能源高速焊技术优化方案

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：TIG-激光复合焊在高速焊接条件下，可以得到稳定的电弧，焊缝成形美观，减少了气孔、咬边等焊接缺陷的产生。尤其是低电流、高焊接速度和长弧焊时，TIG-激光复合焊的速度可达到激光焊的两倍以上。图1-6-31 TIG-激光复合焊原理a）旁轴复合 b）同轴复合图1-6-32所示为激光焊与TIG-激光复合焊获得的焊缝截面对比。TIG-激光复合焊可以提高焊缝的桥接能力、增大焊接熔深。

随着工业激光器技术的成熟，激光焊已经在工业领域特别是汽车工业得到了较广泛的应用，如车身侧面与顶盖的激光焊以及变速器齿轮、气门挺杆等汽车零部件的激光焊。激光焊的主要优点如下：

1）热输入量小、深宽比大，热影响区小，工件收缩和变形较小。

2）焊道窄且表面质量好，焊缝强度高。

3）激光束控制比较灵活，柔性大，能够焊接其他焊接方法难以达到的位置。

4）焊接速度通常比其他焊接工艺快，易于实现自动化。

与此同时，激光焊也存在如下缺点：

1）焊接淬硬性材料时易形成硬脆接头。

2）合金元素的蒸发会导致焊缝出现气孔和咬边。

3）对工件的装配、夹持及激光束的精确调整要求比较高。

目前，单纯的激光焊成本仍然较高，因此，激光-电弧复合焊接技术得到了发展。其主要目的就是有效利用电弧能量，在较小的激光功率条件下获得较大的焊接熔深，同时利用电弧的搭桥能力降低焊接工艺对工件装配间隙的要求，实现高效率、高质量的焊接过程。

TIG-激光复合焊在高速焊接条件下，可以得到稳定的电弧，焊缝成形美观，减少了气孔、咬边等焊接缺陷的产生。尤其是低电流、高焊接速度和长弧焊时，TIG-激光复合焊的速度可达到激光焊的两倍以上。TIG-激光复合焊多用于薄板高速焊接，也可用于不等厚材料对接焊缝的焊接，焊接较大间隙板时，可采用填充金属。激光-TIG复合焊工艺中，激光束与电弧可以是同轴复合，也可以是旁轴复合，如图1-6-31所示。研究表明，光束与电弧的夹角、电弧电流大小和输出形式、激光功率、排列方式、作用间距、电弧高度、保护气体流量等都会影响复合焊接的质量。

图1-6-31 TIG-激光复合焊原理

a）旁轴复合 b）同轴复合

图1-6-32所示为激光焊与TIG-激光复合焊获得的焊缝截面对比。单独电弧焊因电弧能量不够集中，熔宽较大，熔深较浅，深宽比较小；单独激光焊因能量集中，产生了小孔效应，熔深较大，深宽比也较大；复合焊则形成熔透充分、熔宽也大幅增加的焊缝。TIG-激光复合焊可以提高焊缝的桥接能力、增大焊接熔深。其原因是：一方面电弧对材料表面起预热作用，提高了材料的表面温度，增大了材料对激光的吸收率；另一方面激光改变了电弧热源特性，激光与电弧复合时，电弧被吸引到激光与材料的作用区，电弧中心的温度急剧升高，可达20000K，当电弧中心与周围环境的温差越大时，焊接时电弧收缩越强烈，电弧能量得到了更进一步的集中，有利于增大焊接熔深。

图1-6-32 激光焊与TIG-激光复合焊的焊缝截面

a）激光焊 b）TIG-激光复合焊接

TIG激光复合能源高速焊技术优化方案

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