隨著制造業(yè)的快速發(fā)展,尤其是工程機械、船舶、軌道交通、汽車零部件、管道、容器、鋼構及其它重工行業(yè)對高質量、高效率焊接技術的需求日益增加,激光-電弧復合焊作為一種新型、高效、優(yōu)質的焊接工藝,其市場需求將持續(xù)增長。
同時,在全球環(huán)保意識日益增強的背景下,激光-電弧復合焊技術以其環(huán)保、節(jié)能的特點,成為推動可持續(xù)發(fā)展的重要力量。相比傳統(tǒng)的焊接方法,激光電弧復合焊技術能夠減少廢氣等污染的排放,降低能源消耗和環(huán)境污染,符合現代工業(yè)對綠色生產的要求。
▲圖1.1焊接方法特點對比
激光-電弧復合焊具有高效、優(yōu)質、節(jié)能、低成本的焊接特點,單道熔透厚度可達20mm以上,相比純電弧約0.6m/min的焊接速度,復合焊速度可達2m/min,對于20mm厚板,復合焊可不開坡口直接焊接,綜合效率可提高10倍以上,各焊接方法特點對比如圖1.1所示。
2、激光-電弧復合焊設備組成及原理
▲圖2.1激光-電弧復合焊設備組成
激光-電弧復合焊設備組成如圖2.1所示,主要包括激光器、弧焊電源、送絲機、復合焊接頭、機器人及控制系統(tǒng)等。
激光-電弧復合焊原理如圖2.2所示,激光熱源與電弧熱源疊加共同作用于母材,激光可獲得深度,電弧可獲得飽滿度。為達到最佳的激光電弧耦合效果,需對多參數進行設置匹配。圖中,D1為光束離焦量,D2光絲間距(焊絲與激光光斑中心的距離),D3為焊絲干伸長度,A為弧焊槍焊接角度,其它參數還包括激光相關參數,如激光器功率、光纖芯徑、激光頭配置等,電弧相關參數,如焊絲直徑、電流、電壓、保護氣及流量等,在實際焊接過程中還需針對工件形狀進行復合焊槍姿態(tài)調整。
▲圖2.2激光-電弧復合焊原理圖
3、大族光子大功率復合焊激光器
▲3.1 大族光子新一代萬瓦激光器產品
大族光子針對復合焊開發(fā)了第一代萬瓦系列激光器,功率覆蓋12kW~60kW,具有功率響應時間快、穩(wěn)定性高的特點,滿功率響應時間小于50μs,11小時烤機功率波動<1%。
▲圖3.2 20kW激光器功率穩(wěn)定性測試
大族光子新一代萬瓦激光器產品采用976nm泵浦技術,電光效率最高達45%,產品光模塊的集成度高,支持總線控制功能,可以同時兼顧薄板的高速切割與中厚板的亮面切割,大大提高穿孔、切割、焊接等工藝質量,主要應用于新能源、船舶制造、航空航天、工程機械等行業(yè)的切割、焊接、熔覆、表面處理等領域。
▲圖3.3 激光器參數表
4、復合焊測試
焊接試板材料選擇常用的碳鋼,牌號為Q235B,焊絲選用牌號為ER50-6,激光器為大族光子20kW連續(xù)光纖激光器。
12~20mm碳鋼單面角焊、25mm碳鋼雙面角焊成形如圖4.1~4.6所示,在較優(yōu)激光入射角度下,單面角焊可實現20mm厚板單面焊雙面成形,焊縫成形良好,未見氣孔、未熔合等缺陷。
▲圖4.1 12mm試板角焊正反面成形效果
▲圖4.2 16mm試板角焊正反面成形效果
▲圖4.3 20mm試板角焊正反面成形效果
▲圖4.4 25mm試板雙面角焊成形效果
▲圖4.5 20mm試板角焊焊縫截面
▲圖4.6 25mm試板雙面角焊焊縫截面
8~20mm碳鋼拼焊單面焊、25mm碳鋼拼焊雙面焊成形如圖4.7~4.11所示,焊縫成形良好,未見氣孔、未熔合等缺陷。
▲圖4.7 8mm試板拼焊成形效果
▲圖4.8 12mm試板拼焊成形效果
▲圖4.9 16mm試板拼焊成形效果
▲圖4.10 20mm試板拼焊成形效果
▲圖4.11 25mm試板拼焊雙面焊成形效果
選取12mm拼焊試板進行拉力測試,焊縫拉伸測試結果如圖4.12所示,斷裂位置為母材,焊縫抗拉強度良好。
▲圖4.12 12mm試板拼焊拉伸測試結果
進行1.5m長縫焊接測試,焊接樣件如圖4.13所示,樣件正反面成形均勻,焊接穩(wěn)定性良好。
▲圖4.13 1.5m長試板焊接樣件
5、總結
(1)采用20kW激光器進行中厚板碳鋼復合焊,角焊可實現20mm厚板單面熔透焊接,拼焊可實現20mm厚板單面熔透焊接,雙面焊接厚度不小于25mm。
(2)激光-電弧復合焊效率高、焊接質量好、焊接強度高。
(3)經1.5m長縫焊接測試驗證,大族光子激光器焊接穩(wěn)定性良好。
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