國(guó)內(nèi)外激光焊接機(jī)工藝技術(shù)的研究較量

國(guó)內(nèi)外激光焊接機(jī)工藝技術(shù)的研究較量

近年來，國(guó)內(nèi)外的研究團(tuán)隊(duì)從激光焊接機(jī)激光的移動(dòng)方式、熱源組合等角度不斷探索研究較合適的工藝參數(shù)，提高了多種激光焊接方式的技術(shù)，包括激光深熔焊、激光-電弧復(fù)合焊接等。激光焊接的研究不在流于表象，而是通過高速相機(jī)、光譜分析等現(xiàn)象征征方法研究焊接的工藝特性，嘗試探索焊縫缺陷的形成機(jī)理。另一方面，激光焊接的內(nèi)在變化較為復(fù)雜，各研究團(tuán)隊(duì)嘗試通過引進(jìn)磁場(chǎng)、多電弧和電場(chǎng)等外部能量應(yīng)用到激光焊接過程中，重點(diǎn)研究其對(duì)改善焊縫的缺陷，提高其力學(xué)性能和焊接質(zhì)量。

國(guó)內(nèi)激光焊接工藝研究

采用激光焊接可以獲得高質(zhì)量的接頭強(qiáng)度和較大的深度比，與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，具有較大的功率密度，對(duì)難以焊接的材料有較好的焊接效果，能夠?qū)Σ煌阅艿牟牧线M(jìn)行焊接。因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。

國(guó)內(nèi)對(duì)激光工藝的研究主要集中于從各焊接工藝的焊接速度、激光功率、離焦量、激光脈沖波形和保護(hù)氣流量等參數(shù)上，并進(jìn)一步對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能、組織演變和調(diào)控等進(jìn)行了深入研究。激光壓力焊接是一種獨(dú)特的激光焊接技術(shù)，該技術(shù)將激光誘導(dǎo)加熱與傳統(tǒng)的平滾焊相結(jié)合。

激光壓力焊接的工作原理是：將需焊接的工件用激光束局部熔化，然后在高壓下軋制產(chǎn)生焊接接頭。由于熔化區(qū)相對(duì)狹窄，避免了產(chǎn)生收縮和氣體腔等焊接缺陷，該技術(shù)還可用于連接薄板。北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院黃婷副教授團(tuán)隊(duì)研究了純鋁激光壓力焊接過程中的組織演變，如圖2所示。

該團(tuán)隊(duì)研究了純鋁焊接過程中微觀組織演變的基本方面。通過深入分析激光壓力焊接過程中試件的微觀組織，推斷出在軋制之前就開始了凝固過程，因此新結(jié)晶的材料經(jīng)歷了塑性應(yīng)變。

激光-電弧復(fù)合焊接（見圖3）作為21世紀(jì)極具前景的加工方法，被許多學(xué)者深入研究。長(zhǎng)春理工大學(xué)的張川通過調(diào)整工藝參數(shù)的方式，對(duì)于50CrV/SPHE 異種鋼的焊接工藝進(jìn)行研究，分析對(duì)焊縫成形和熔滴過渡的影響，研究結(jié)果顯示激光功率在 2800～3400W范圍內(nèi)，焊絲受熱均勻，焊接過程穩(wěn)定。

華中科技大學(xué)的王磊將振蕩掃描與激光-電弧復(fù)合焊接相結(jié)合，彌補(bǔ)焊縫的缺陷。采用橫向、縱向和圓形三種振蕩掃描方式焊接鋁合金材料，利用高速攝像機(jī)和光譜分析熔滴的變化，結(jié)果顯示圓形的掃描方式優(yōu)化的參數(shù)范圍遠(yuǎn)大于橫向和縱向，且可以促進(jìn)和等離子體的相互作用形成直徑更小的熔滴，其有利于細(xì)化晶粒。等離子電弧的能量相比之下更加集中，北京化工大學(xué)的馮聰?shù)热税l(fā)現(xiàn)激光-等離子電弧焊接在平板焊接方面對(duì)于間隙和錯(cuò)邊有良好的適應(yīng)性。

國(guó)外激光焊接工藝的研發(fā)

國(guó)外對(duì)焊接工藝的研究集中于改善焊接條件和引進(jìn)外部能量。J.A. Francisa等為了探索該工藝應(yīng)用于連接大型、安全關(guān)鍵的核部件的潛力，如蒸汽發(fā)生器或壓水堆（PWR）中的增壓裝置，采用真空激光焊接技術(shù)，以150mm/min的速度，使用16kW的激光，在兩個(gè)焊道中，生產(chǎn)SA5083級(jí)鋼的80mm厚焊縫。并介紹了真空激光焊接的優(yōu)點(diǎn)，以及與電子束焊接在工藝物理方面進(jìn)行了比較。得出真空激光焊接值得進(jìn)一步發(fā)展，因?yàn)樗鼮槲磥淼暮四芙ㄔO(shè)計(jì)劃提供了重要的希望。

Bunaziv I等人在采用光纖激光-MAG復(fù)合焊接的同時(shí)考慮了冷金屬轉(zhuǎn)移脈沖（CMT+P）電弧模式，用金屬芯焊絲焊接45mm厚高強(qiáng)度鋼（對(duì)接雙面焊），比較了不同的脈沖方式和前后導(dǎo)弧對(duì)焊縫的影響。對(duì)比傳統(tǒng)的脈沖電弧焊，發(fā)現(xiàn)兩者都能提供高質(zhì)量的焊接。但是CMT+P模式可以在有限的進(jìn)給速度范圍內(nèi)提供更穩(wěn)定的熔滴轉(zhuǎn)移。