激光焊接是一種先進的材料加工方式，以速度快、熔深大、變形小、精度高等優(yōu)點，被廣泛應用于各行各業(yè)。然而，激光在焊接應用中依然存在一些不足之處，如對工件精度要求高、熱循環(huán)時間快、易產生裂紋跟氣孔等。激光復合焊很好地解決了這一難題，它結合了激光與傳統(tǒng)焊接方式各自的優(yōu)點，逐漸發(fā)展成為一種先進的材料連接技術，成為科研工作者研究的方向。與激光焊相比，可增大間隙裝配余度和熱效應，擴大了激光焊得應用范圍，與電弧焊相比，可提高電弧的穩(wěn)定性和功率密度，從而進一步提高焊縫熔深及焊接速度，改善焊接質量。光纖激光器作為新一代激光器的代表，開展光纖激光器激光復合焊技術研究具有必要性和前瞻性。本研究建立了一套光纖激光器-TIG 復合焊接
圖3 光纖激光及光纖激光-TIG 復合焊焊接有間隙工件焊縫金相圖對比
圖4 TIG 焊與光纖激光-TIG 復合焊對比
圖5 光纖激光與光纖激光-TIG 復合焊的金相圖對比
系統(tǒng)，初步驗證了光纖激光-TIG 復合焊接的可行性及其性能。
1 實驗材料及設備
試驗采用德國IPG 公司生產的YLR-500 單模光纖激光器，如圖1 所示，激光功率500 W，TIG焊接機采用日本松下TIG 焊機，并使用自制的激光-TIG復合焊頭及三維工作平臺進行焊接試驗，工作臺及復合焊頭如圖2 所示。
2 復合焊對間隙的適應性
光纖激光器是一種高光束質量的光源，相對于傳統(tǒng)激光光源，光纖激光器的光斑更小，在焊接有間隙的工件時，對工件間隙的敏感程度更高。在有間隙情況下光纖激光器以及光纖激光-TIG 復合焊焊縫的金相對比如圖3 所示。
圖3 光纖激光及光纖激光-TIG 復合焊焊接有間隙工件焊縫金相圖對比
激光-TIG 復合焊相對于單獨激光焊，焊接熔深增加了近兩倍，并且焊縫凹陷減小，更加飽滿，很好的展示了光纖激光-TIG 復合焊對工件間隙的適應能力。光纖激光-TIG 復合焊接技術引入了電弧熱源，擴大了熱作用范圍，熔化金屬增多，橋接能力增強，降低了對工件裝配精度的要求，減小了激光焊接技術應用成本，改善了焊縫質量，增加了光纖激光焊接技術的應用范圍。
3 復合焊對焊接穩(wěn)定性的影響
單獨TIG 焊接易受到環(huán)境因素的影響，尤其是在焊接速度較快時，容易出現咬邊、駝峰等焊接缺陷，而激光-TIG 復合焊接時，光致等離子體使得電弧穩(wěn)定燃燒并吸引電弧，即使在高速焊接時也不易發(fā)生電弧漂移或拉斷現象。
圖4 TIG 焊與光纖激光-TIG 復合焊對比
TIG 焊接以及光纖激光-TIG 復合焊接的焊縫及金相對比如圖4 所示，在不銹鋼表面進行堆焊，其中TIG 焊接機的參數設定一致，從結果來看，光纖激光-TIG 復合焊引入激光后能夠明顯改善焊縫咬邊等成形情況，增加焊接的穩(wěn)定性。
4 復合焊對焊接熔深的影響
由于兩種熱源的相互作用和影響，復合焊接的熔深要大于單純激光或TIG 焊接。有研究表明，激光電弧復合焊中的電弧能夠稀釋光致等離子云，減小其對激光的影響，同時電弧對工件具有一定的預熱作用，進一步提高了激光的吸收率并增加了焊接熔深；另外激光對電弧的聚焦、引導作用使得電弧穩(wěn)定性和效率提升，也有利于增加焊接熔深。
圖5 光纖激光與光纖激光-TIG 復合焊的金相圖對比
光纖激光以及光纖激光-TIG 復合焊接焊縫的金相對比如圖5 所示，試驗中激光器的各項參數保持不變，在304 不銹鋼表面進行堆焊試驗。試驗結果表明復合焊的熔深比激光焊接增加了10%。激光電弧復合焊接過程是一個高度復雜的非線性過程，各熱源的焊接參數、空間姿態(tài)和位置等都會對焊接效果產生影響，有時甚至出現相互抑制的情況。因此，深入開展激光電弧復合焊接技術的研究，尤其是針對光纖激光器等成規(guī)模應用的先進光源的復合焊接技術研究，深化對復合焊接機理的認識，具有重要的現實意義和廣闊的發(fā)展前景。
5 結論
?。?）通過實驗證明，光纖激光-TIG 復合焊接技術提高了對工件間隙的適應能力，改善了光纖激光焊接對間隙等工件裝配精度過于敏感的特性。
?。?）光纖激光-TIG 復合焊接技術較好的抑制了焊縫咬邊等缺陷的出現，增加了焊接過程的穩(wěn)定性。
?。?）研究了光纖激光-TIG 復合焊接技術對焊接熔深產生的影響，兩種熱源交互作用，在一定程度上提高了焊接熔深。
（4）光纖激光器目前正在逐步普及，對于光纖激光-TIG 復合焊接技術，尤其是相關工藝和復合機理的研究較少，還需投入精力進行深入研究和大力推廣。
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