低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

doi:10.3901/JME.2016.02.041

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (2): 41-46.doi: 10.3901/JME.2016.02.041

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低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

李陈宾, 史吉鹏, 刘黎明

大连理工大学材料科学与工程学院大连 116024

收稿日期:2015-04-21 修回日期:2015-10-07 出版日期:2016-01-15 发布日期:2016-01-15
通讯作者: 刘黎明，男，1967年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为新材料先进连接方法和技术、焊接过程计算机仿真与控制、焊接装备智能化和数字化。 E-mail：liulm@dlut.edu.cn
作者简介:李陈宾，男，1984年出生，博士研究生。主要研究方向为低功率脉冲激光-电弧复合热源焊接工艺及机理。 E-mail：lichenbin_dut@163.com.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(11375038)

Study on Laser Keyhole Behavior in High-efficiency Low Power Pulsed Laser-TIG Hybrid Welding Process

LI Chenbin, SHI Jipeng, LIU Liming

School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024

Received:2015-04-21 Revised:2015-10-07 Online:2016-01-15 Published:2016-01-15

摘要/Abstract

摘要： 激光-电弧复合热源焊接技术由于具有焊接熔深大、效率高、质量好等优点而受到广泛关注。采用低功率脉冲激光-钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas, TIG)焊电弧复合热源技术进行镁合金板材的焊接，研究激光脉冲作用消失之后的等离子体行为和激光“匙孔”行为。在上述试验结果的指导下优化工艺参数，对比研究采用单独激光焊、TIG电弧焊和复合热源焊这三种方法实现镁合金板材对接焊相同效果时焊接效率的差异。研究结果表明，激光“匙孔”和“匙孔”等离子体的形成是实现复合热源高效焊接的前提条件，恰当的工艺参数可以使得激光“匙孔”维持稳定的开口状态，这种状态提高了电弧的稳定性和能量密度，延长了镁等离子体的恢复时间，因此能够提高复合热源的焊接效率。达到相同焊接效果时复合热源的焊接效率分别达到单独激光焊接效率的7.14倍和单独TIG电弧焊接效率的4.29倍。

关键词: 匙孔&rdquo, 等离子体, 复合热源, 焊接效率, 激光&ldquo

Abstract: Laser-tungsten inert gas(TIG) hybrid welding has been attracted much attention due to its advantages such as deep penetration, high efficiency and good quality. Laser-TIG hybrid welding processes with different parameters are proposed and the Mg plasma behavior is observed. While butt joints are made by laser welding, TIG welding, and laser-TIG hybrid welding, the welding efficiency in each process is compared and the reasons are discussed. Results indicate that the formation of laser keyhole and keyhole plasma is the premise of efficient hybrid welding. The parameters, including laser peak power, distance between laser and arc, arc current, greatly affect the Mg plasma behavior in hybrid welding. Optimized parameters can keep the keyhole open and stable. This process enhances the stability and the energy density of arc and extends the delay time of Mg plasma. So the welding efficiency can be greatly increased. The welding efficiency of hybrid welding is 7.14 times of laser welding and 4.29 times of TIG welding.

Key words: hybrid welding, laser keyhole, plasma, welding efficiency

中图分类号:

TG456

李陈宾, 史吉鹏, 刘黎明. 低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(2): 41-46.

LI Chenbin, SHI Jipeng, LIU Liming. Study on Laser Keyhole Behavior in High-efficiency Low Power Pulsed Laser-TIG Hybrid Welding Process[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(2): 41-46.

参考文献

[1] 尹燕，王占冲，张瑞华，等. 活性激光电弧复合焊接法研究[J]. 机械工程学报，2014，50(22)：63-68. YIN Yan，WANG Zhanchong，ZHANG Ruihua，et al. Research on activating laser arc hybrid welding[J]. Journal of Mechanical Engineering，2014，50(22)：63-68.
[2] MIYAZAKI H，MIYAUCHI H，SUGIYAMA Y，et al. Puckering in aluminium alloy welds-prevention using double wire MIG welding[J]. Welding International，1993，7(6)：431-437.
[3] 马晓丽，华学明，吴毅雄. 高效焊接技术研究现状及进展[J]. 焊接，2007(7)：27-31. MA Xiaoli， HUA Xueming，WU Yixiong. Research status and development of high efficient welding[J]. Welding & Joining，2007(7)：27-31.
[4] GAO M，ZENG X Y，HU Q W，et al. Laser-TIG hybrid welding of ultra-fine grained steel[J]. Journal of Materials Processing Technology，2009，209(2)：785-791.
[5] SAKAGAWA T，KOICHI M，KATO E，et al. High efficiency and high quality welding of aluminum alloy by hybrid system combined Nd:YAG Laser and diode laser[J]. Journal of the Japan Society of Precision Engineering，2009，75(10)：1222-1226.
[6] WANG J，WANG C M，MENG X X，et al. Interaction between laser-induced plasma/vapor and arc plasma during fiber laser-MIG hybrid welding[J]. Journal of Mechanical Science and Technology，2011，25(6)：1529-1533.
[7] AVILOV V V，DECKER I，PURSCH H，et al. Study of a laser enhanced welding arc using advanced split anode technique[J]. Welding Journal，1994，11(2)：112-123.
[8] HU B，DEN OUDEN G . Synergetic effects of hybrid laser/arc welding[J]. Science and Technology of Welding and Joining，2005，10(4)：427-431.
[9] GHAINI F M，HAMEDI M J，TORKAMANY M J，et al. Weld metal microstructural characteristics in pulsed Nd:YAG laser welding[J]. Scripta Materialia，2007，56(11)：955-958.
[10] TORKAMANY M J，HAMEDI M J，MALEK F J，et al. The effect of process parameters on keyhole welding with a 400 W Nd:YAG pulsed laser[J]. Journal of Physics D-Applied Physics，2006，39(21)：4563-4567.
[11] PAULINI J，SIMON G . A theoretical lower limit for laser power in laser-enhanced arc welding[J]. Journal of Physics D-Applied Physics，1993，26(9)：1523-1527.

[1]	张改梅, 王灿, 宋晓利, 何存富, 陈强. 纳米多孔氧化硅薄膜的表征及其基于UAFM弹性性能的检测[J]. 机械工程学报, 2018, 54(12): 109-114.
[2]	吴玉程, 林锦山, 罗来马, 昝祥, 朱晓勇, 陈俊凌. 面向等离子体钨基材料的辐照损伤行为研究现状[J]. 机械工程学报, 2017, 53(8): 25-34.
[3]	丁雪萍, 李桓. 焊接电流影响GMAW双丝焊电弧等离子体的数值模拟研究^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(16): 71-76.
[4]	秦国梁, 孟祥萌, 付邦龙, 杨成营, 肖国栋. 薄壁不锈钢管列置双TIG电弧高速焊接工艺[J]. 机械工程学报, 2015, 51(12): 83-88.
[5]	王小博;杨立军;石文玲;王浪平;李桓. 6061铝合金薄板低功率活性Nd：YAG激光焊的作用机理[J]. , 2013, 49(4): 37-43.
[6]	田欣利;张保国;杨俊飞;郭昉;毛亚涛. 工程陶瓷引弧微爆炸加工中等离子体射流的光学特征[J]. , 2011, 47(15): 193-198.
[7]	李志勇;王威;王旭友;李桓. 基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析[J]. , 2010, 46(8): 62-67.
[8]	雷振;秦国梁;林尚扬;王旭友. 基于激光—MIG复合热源的5A02铝合金/镀锌钢熔—钎焊[J]. , 2009, 45(3): 94-98.
[9]	殷凤良;胡绳荪;李力;彭杏娜. 等离子体发生器的数值模拟方法[J]. , 2007, 43(9): 156-160.
[10]	秦国梁;雷振;王旭友;林尚扬. Nd：YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接参数对焊缝熔深的影响[J]. , 2007, 43(1): 225-228.
[11]	刘黎明;迟鸣声;宋刚;王继锋. 镁合金激光—TIG复合热源焊接热源模型的建立及其数值模拟[J]. , 2006, 42(2): 82-86.
[12]	薛海涛;李桓;李俊岳;刘金合. 电弧等离子体折射率的理论计算[J]. , 2004, 40(8): 49-53,5.
[13]	田修波;汤宝寅;杨士勤;Paul K Chu. 不锈钢方轨形靶PIII处理及流体力学模拟[J]. , 2000, 36(1): 55-58.

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