激光电弧复合光纤自动化焊接系统中T型低合金钢焊接头的开发

刘进球

（常州信息职业技术学院 机电工程学院，江苏 常州213164）

激光电弧复合光纤自动化焊接系统中T型低合金钢焊接头的开发

刘进球

（常州信息职业技术学院 机电工程学院，江苏 常州213164）

阐述了在大功率的光纤激光器下，使用自发激光焊或激光复合弧焊，采用6 mm、8 mm和10 mm厚度及T型接头结构，将低合金钢S355和AH36进行焊接的过程。目的是通过方法性地研究激光功率影响、焊接速度、相对于表面的射束校准、气隙、焦点位置及流程顺序（用于激光复合弧焊），来理解影响圆角和焊缝结构尺寸的因素，并在参数优化之后，在所有厚度中获得焊接质量等级B级。

光纤激光器；自发激光焊接；激光复合弧焊；T型接头；低合金钢

0 前言

高效、高产的过程与易变灵活的焊接设备的结合引起了人们对提高焊接质量和经济可行性的高度期望。当前，自发激光焊和激光复合弧焊技术在造船、运输和航空航天工业领域的应用可能性方面展开了广泛研究。研究主要以焊接速度、激光功率和其他焊接基本工艺参数产生的影响为核心，同时严格遵守丁字接头为标准的缝接结构原则。过去比较成功的是基于CO2激光系统的丁字接头的激光复合弧焊的研究，其估算了光束的定向、HLAW电弧以及气隙对过程的影响。近期的研究探索了由基于光纤激光器的系统完成的对中厚T型接头和偏角焊缝接头的焊接。讨论了自发激光和激光复合弧焊接过程中一侧单通道T型接头的形状特征，其目的在于可以系统化了解影响此类低合金钢焊接过程中的稳定性因素。

1 试验

1.1 材料

低合金钢Ruukki激光S355MC（SFS-EN 10025-2）和AB AH36（防抱死制动系统标准）造船钢板材使用自发激光或激光复合弧焊接过程中，均在PA（1F）焊接部位的丁字接头处接合。网面和凸缘的厚度和材料是一样的。板材被激光切割成350 mm× 100 mm（长×宽）的碎片，致使网格破碎。使用的填充焊丝是φ1 mm的ESAB OK AristoRod 12.50，它是这类电弧焊中基础材质的标准填充材料。测试样品和填充焊丝的化学成分如表1所示。

1.2 过程

试验由两种不同的激光系统组成，系统中将连续波IPG光子Yb光纤激光器作为激光动力源使用。第一组试验将YLR-5000-S激光与ESAB Aristo LUD 450弧电源结合起来。第二组试验则使用YLS-10000激光源及Kemppi ProMig 530弧电源。此处使用的焊头是Kugler LK190反射镜光学激光焊头及Binzel熔化极活性气体保护焊。激光束的焦点直径0.5 mm，源于300 mm焦镜头，125 mm准直透镜和φ200 μm进程光纤。用于一些装配中的0.5 mm气隙是由放置在每个焊缝起始和末尾板材之间的钢带生成的。协同环境只有在使用脉冲电弧时才能得以不间断的实现，因此，电弧电流和电压要与填充焊丝的进给速度保持一致。45°弧焊炬倾斜角、58°配平角、3 mm流程距离及15 mm的自由线长度均为常值参数。试验装置及工艺变量如表2所示。

表1 试验材料的化学成分 %

表2 试验装置及参数

焊缝估计会有视觉上的缺陷，因此制作了选定接头的十字截面宏观图形，对穿透、接缝面积、尺寸、熔化带形状、高热影响区相互之间的联系以及接缝外形尺寸等进行了全面的估计。在不同的焊接能量水平下，对选定的试样进行维氏硬度测试，即测量近地表的、接合点根部和接头处的维氏硬度值。

2 分析与结论

一些焊接点的视觉质量良好，有平滑的顶面和焊根。采用4.56 kW的激光可以在6 mm厚度之内实现全熔透焊接，然而8 mm的焊接只有在功率高于6 kW时，使用激光复合弧焊和0.5 mm气隙才能实现。不考虑部分穿透（75%的厚度），没有预先调整气隙的试验，同样实现了高质量的焊接点。这就说明总能量输入中电弧能量的百分比影响着焊接和穿透的形状。

[1]刘达樊.CO2激光-MIG复合热源焊接熔滴过渡的行为分析[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2006.

[2]王治宇.激光—MIG电弧复合焊接基础研究及应用[D].湖北：华中科技大学，2006.

[3]李志勇，王威，王旭友，等.大功率YAG激光-MAG复合热源的光谱诊断与分析[J].光谱学与光谱分析，2010（11）：32-36.

[4] 肖荣诗，吴世凯.激光-电弧复合焊接的研究进展[J].中国激光，2008（11）：46-51.

The development of T type low alloy steel welding head for automatic laser-arc hybrid fiber welding system

LIU Jinqiu
（Dept.of Mechanical and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China）

The processes of spontaneous laser welding and laser hybrid arc welding for low alloy steels S355 and AH36 by high-power fiber laser respectively with 6 mm,8 mm and 10 mm thickness and T type welding heads are introduced in this paper.Its purpose is to understand the influence factors of fillets and weld structure sizes by studying the laser power effect,welding speed,beam alignment relative to surface,air gap,focal position and sequence（for laser hybrid arc welding），and obtain welding quality grade B in all thickness after parameter optimization.

fiber laser；spontaneous laser welding；laser hybrid arc welding;T type welding head;low alloy steel

TG409

：A

：1001-2303（2015）10-0138-02

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.10.31

2014-12-16；

：2015-03-20

刘进球（1958—），男，江苏常州人，副教授，硕士，主要从事机电一体化技术方面的研究工作。