激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)作為一種先進(jìn)的焊接方法，近年來在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在焊接厚板時，其高效和高質(zhì)的特點尤為突出。本文將重點探討如何利用這一技術(shù)成功焊接20mm厚的鋼板，并分析其在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢。
激光-電弧復(fù)合焊接（HLAW）技術(shù)結(jié)合了激光焊接和電弧焊（GMAW）的優(yōu)勢，增加了激光束的穿透能力和 GMAW 的填充能力。該技術(shù)特別適用于厚板（>15 mm）的對接焊接，在造船、航空、海上、鐵路和核工業(yè)等領(lǐng)域越來越受歡迎，因為其不僅提高了焊接質(zhì)量和可靠性，還因其生產(chǎn)效率具有良好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。盡管研究人員們正在研究激光和電弧之間的協(xié)同作用，但對這一復(fù)雜過程的全面理解仍有待提高。
焊接20mm厚的鋼板需要大量的熱量和精確的控制，傳統(tǒng)焊接方法往往難以達(dá)到理想的效果，容易出現(xiàn)焊縫不均勻、熱影響區(qū)大等問題。激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)通過優(yōu)化熱輸入和熔池控制，有效解決了這些難題。
使用激光-電弧復(fù)合焊接（HLAW）技術(shù)單道焊接20 mm厚的EH40鋼板
在實驗中使用15 kW光纖激光器，焊接速度為1500 mm/min，無需在鋼板上加工任何斜邊或額外準(zhǔn)備的情況下完成焊接。在實驗中，電弧在前、激光在后，焊絲的伸長量為20mm，焊絲與激光焦點之間的距離為4mm。電弧電壓設(shè)置為26 V，送絲速度為11 m/min。實驗結(jié)果表明，通過調(diào)整焊接間隙和激光焦點位置，可以有效避免焊接駝峰。當(dāng)焊接間隙為0.5 mm、激光功率為15.5 kW和焊接速度1500 mm/min時，得到最佳焊接效果。該實驗證明了激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)能在無需復(fù)雜準(zhǔn)備、無需材料支持的情況下，通過單道焊接就實現(xiàn)了無缺陷的20 mm厚的鋼板對接焊，展示了激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的巨大潛力，并為焊接更高厚度的板材以及其他更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用提供了實驗參考。
激光-電弧復(fù)合焊接（HLAW）裝置的組成，包括激光焊接頭、GMAW焊炬和鋼板的相對位置。
在焊接20 mm厚EH40板材時，焊接后所產(chǎn)生的駝峰現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是由于焊接過程中熔融金屬液滴的凝固而形成的，駝峰會影響焊接接頭的質(zhì)量，使得焊接接頭底部不平整，易影響焊接接頭的力學(xué)性能。
如圖所示，使用輪廓儀獲取的焊接底部的虛擬圖像，以及沿焊接底部軸線的線輪廓。這些圖像和輪廓顯示了焊接底部的形態(tài)，包括是否存在駝峰，以及焊接過程中焊縫底部的寬度變化。
激光-電弧復(fù)合焊接（HLAW）技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，特別是在焊接厚板時常見的駝峰缺陷上取得了突破。通過精確調(diào)整兩個關(guān)鍵參數(shù)——焊接間隙和激光束的焦點位置，成功地優(yōu)化了焊接過程，從而在0.5 mm的板材間隙、-13 mm的激光焦點位置、15.5 kW的激光功率和1500 mm/min的焊接速度下，實現(xiàn)了對20 mm厚EH40鋼板的無缺陷單道焊接。這一成果不僅證明了HLAW技術(shù)在處理厚板焊接時的有效性和可靠性，而且也突顯了其在提高焊接質(zhì)量和效率方面的巨大潛力。
焊接樣品顯示出了優(yōu)異的焊接質(zhì)量，焊接底部沒有氣孔且無明顯駝峰，鋼板表面填充完美，這些都是良好底部形態(tài)的特征。這些結(jié)果得益于激光能量更有效的傳遞至板材底部，擴(kuò)大了熔池，從而避免了焊接駝峰缺陷的形成。這一發(fā)現(xiàn)對于理解和控制焊接過程中的物理現(xiàn)象具有重要意義，為焊接工藝的進(jìn)一步優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)。
激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)不僅在焊接速度和質(zhì)量上具有顯著優(yōu)勢，還能有效降低焊接成本和減少熱影響區(qū)，適用于各種厚度的鋼板焊接。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，其潛力將更加巨大。
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