激光—MAG电弧复合焊接工艺研究

Q355ND高功率双束激光-MAG复合焊接工艺及接头组织性能研究Q355ND高功率双束激光-MAG复合焊接工艺及接头组织性能研究引言：随着制造业的不断发展，对于焊接技术的要求也越来越高。

在某些特殊领域，传统的单一焊接工艺已经无法满足需求，因此需要开展复合焊接技术的研究。

本文以Q355ND高功率双束激光-MAG复合焊接工艺为研究对象，探究其在接头组织性能方面的表现。

一、实验材料和方法：1. 实验材料：采用Q355ND高强钢作为焊接材料。

2. 实验方法：(1) 钢板准备：将Q355ND钢板切割成尺寸为300mm×150mm×10mm的试样。

(2) 接头设计：采用正方形接头设计，并进行表面处理。

(3) 复合焊接工艺：采用激光-MAG复合焊接工艺，其中激光焊接为预热工艺，MAG焊接为填充焊接工艺。

(4) 焊接参数：激光功率为4kW，激光偏振角为45°，激光预热时间为5s，MAG填充焊接电流为150A。

(5) 剖面观察：采用金相显微镜观察焊接接头的横截面组织结构。

三、研究结果与分析：通过金相显微镜观察焊接接头的组织结构，可以发现焊接区域存在明显的熔池区、热影响区和基材区。

1. 熔池区：熔池区呈现典型的等轴晶和柱状晶结构，晶粒较细小，且分布均匀。

激光焊接能量高，使得熔池区温度快速升高，在快速冷却时形成细小晶粒，进而提高了焊接接头的强度和韧性。

2. 热影响区：热影响区呈现出晶粒细化的趋势，晶粒尺寸比基材区略小。

MAG填充焊接时产生大量的热输入，导致热影响区的晶粒尺寸变细，同时也使得接头的硬度降低。

3. 基材区：基材区的晶粒尺寸较热影响区略大，且分布较均匀。

基材区没有经历高温焊接过程，晶粒尺寸较大，但强度相对较低。

四、接头性能测试：1. 强度测试：采用拉伸试验机对焊接接头进行拉伸强度测试。

实验结果表明，焊接接头的强度能够满足要求，达到了Q355ND钢板的强度标准。

2. 韧性测试：采用冲击试验机对焊接接头进行冲击韧性测试。

02
激光-MIG复合焊接技术 优势
高效率
01
激光-MIG复合焊接技术通过结合 激光的高能量密度和MIG焊接的 填充特性，实现了快速、高效的 焊接过程。
02
与传统的焊接方法相比，激光MIG复合焊接技术能够显著减少 焊接时间和成本，提高生产效率 。
高质量
激光-MIG复合焊接技术能够获得具 有优异力学性能和美观外观的焊接接 头，如高强度、高致密性和低变形等 。
05
激光-MIG复合焊接技术 未来发展展望
技术创新
激光与MIG焊接工艺的优化
通过改进激光与MIG焊接的工艺参数，提高焊接质量和效率，降低生产成本。
新型激光器与MIG焊机的研发
研发更高功率、更稳定、更可靠的激光器和MIG焊机，以满足更广泛的应用需求。
智能化与自动化焊接系统的研发
利用先进的传感器、控制系统和人工智能技术，实现焊接过程的智能化和自动化，提高焊 接质量和效率。
1 2 3
激光与电弧的相互作用机制
激光与电弧在复合焊接过程中如何相互影响，提 高焊接效率和质量，是亟待解决的关键问题。
焊接过程的稳定性
激光和电弧的协同作用导致焊接过程变得更加复 杂，如何保持焊接过程的稳定性和一致性是一个 挑战。
高效能量传输与控制
如何实现激光和电弧的高效能量传输与控制，以 获得更好的焊接效果，是另一个需要克服的技术 瓶颈。
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市场前景
市场需求增长
随着制造业的发展和技术的进步， 激光-MIG复合焊接技术的应用领 域不断扩大，市场需求也将持续 增长。
技术竞争加剧
随着激光-MIG复合焊接技术的不 断发展和应用拓展，技术竞争将 更加激烈，企业需要不断提高技 术水平和创新能力，以保持竞争 优势。

编号本科生毕业论文毕业论文中文题目The Subject of Graduation Project学生姓名专业机械设计制造及其自动化学号指导教师学院机电工程学院摘要本文在对激光-电弧复合焊接技术研究现状总结的基础上，对复合热源焊接技术进行了工艺基础及应用的研究。

激光器-MAG焊机进行了复合焊接试验。

本文采用YAG -MAG激光电弧和CO2试验中主要对激光功率、电弧功率及保护气体对熔滴过渡的影响进行了研究。

结果表明：在一定的焊接工艺条件下，焊缝熔深主要由激光功率影响，焊缝熔宽主要由电弧功率影响。

电弧对熔深影响不大，但电弧电流过大时，焊接熔深反而减小，主要是由于电流过大时熔滴过渡方式改变，等离子体和熔滴对激光产生屏蔽和阻碍，使激光能量减弱。

实验数据表明：当激光功率为2.5kW，焊接电流为180A时较为理想；焊接速度在1.2~1.4m/min左右时，焊缝形貌较好，激光与电弧耦合效果最佳，焊缝成形系数较低，熔滴过渡、电信号波形稳定。

关键词：激光-电弧复合焊接等离子体熔滴过度保护气体ABSTRACTIn this paper, on the basis of summarizing hybrid welding technique,aprogram of experimental work was undertaken to investigate the hybridlaser–MAG welding process and its application.This paper uses YAG laser-MAG and COlaser and MAG welding machine to2do the hybrid welding test. The effects of laser power, arc voltage, arccurrent and shielding gas on bead profile and droplet transfer are studied.The results indicate that under certain conditions of welding, the arcpower mainly affects the weld width, the laser power is the main effectof the composite weld penetration. Arc current has little effect on thewelding penetration, but the welding penetration decreaces when arccurrent is too large. Because the plasma and droplet shield serpower is 2.5kW, 180A is the required welding current; the welding speedat 1.2~1.4m / min, so the better appearance is visible. The laser and arccoupling effect is in the best state, weld reinforcement shape coefficientin stability, droplet transfer and the electrical signal are in stability.Key words: laser-arc hybrid welding laser-induced plasma droplettransfershielding gas第一章绪论为了解决传统焊接中遇到的一系列问题，于20世纪80年代初期，英国学者W.M.Steen 首先提出了激光与电弧复合焊接这一全新的焊接形式。

试验研究傅蕊万瓦级光纤激光-MAG复合焊接焊缝成形蒋宝，雷振，黄瑞生，杨义成，梁晓梅(哈尔滨焊接研究院有限公司，哈尔滨150028)摘要：利用平板堆焊的方法，较为系统地研究了激光功率、离焦量、热源顺序、热源间距、热源排列方式、焊接速度及焊接电流对级光光-MAG电弧复合焊接焊缝成形的影响。

结果表明,在较小的电流条件下，激光,量对焊缝成形的影响越显著。

其中光为10kW时，量对焊缝成形的影响较小；光功增加到20后，采时助于获得良好的焊缝表面成形。

对焊缝成形的影响同样显著。

在负离焦条件下，采电弧在前的较大的时，获得的焊缝成形更好;而采光在前较小的时，的较多，同时焊缝性差。

通过大幅增加焊接电流，同样能够获得相对良好的焊缝表形。

采电弧在前的时，助于增加焊缝熔深。

关键词：万瓦级光纤激光；MAG电弧；复合焊接:焊缝成形中图分类号：TG456.70前言，级光光焊接为中厚钢板焊接的一个重要发向，其中光：光-电弧复合焊接研究的热点之一。

对于万光光-电弧复合焊接成形工艺，经了大量研究,Turichin等人⑴利用20kW激光-电弧复合焊接在3m/min的焊接下实现14mm X80管钢一次焊接成形;Wahba等人%2&通过预置剪断焊丝并在试板下方添加埋弧焊剂或玻璃以改善背部成形的，通过激光-GMAW复合焊接方法，在16kW 激光功率下,实现了20mm，25mm SM490A低合金结钢焊接双形，通过双道焊接，完成了50mm厚试板的焊接加工;UstiindaD等人［3_5］通过交流振荡电磁系统并20kW级光光-GMAW复合焊接成功实现20mm，25mm，28mm船用S355J2低合金钢及20mm X20钢一次焊接成形；Reisgen等［6-7］光+SAW联合并通过双道焊接了35mm S355，S460船钢及X65石油管道线钢、40mm P265GH压力容器用钢和50mm S355的收稿日期：2020-04-24基金项目：国家科技重大专项项目(2019ZX04004001)；黑龙江省省级资金资助项目(GX18A007)；黑龙江省头雁行动计划-能源装备先进焊接技术创新团队。

新能源汽车用铝合金激光-电弧复合焊接工艺研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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CO2激光—MAG电弧复合焊接工艺参数优化摘要：以7.0mm厚高强钢板为试验材料，采用CO2激光熔化极性气体保护焊（MAG）电弧复合焊接方法，研究焊接电流、电弧电压、激光能量、等参数对复合焊接熔滴过渡特征的影响。

关键词：激光技术；CO2激光-MA；电弧复合焊接；熔滴过渡本论文针对高强钢激光-电弧复合焊接技术的基础工艺及焊缝接头性能，通过现有设备将从以下方面进行研究和分析：1.试验设备及方法1.1.实验设备实验使用的激光器为Rofin公司生产的型号为DC 050 SLAB CO2激光器，配以上海团结普瑞玛公司制造的配套机床，应用自行设计的复合焊接装置固定MAG焊枪，使用根据实验特点设计制造的工装夹具进行紧固，实施激光-电弧复合焊接。

焊机为松下公司生产的微电脑焊接波形控制脉冲MIG/MAG焊机，型号YD-350AG2HGE，MAG保护气体使用CO2、Ar混合气体。

1.2.试验方法激光-电弧复合焊接的工艺参数多，关联性较大。

激光与电弧之间的匹配存在最佳值，即耦合的最小值，因此，对每个工艺参数分别设计1组实验，通过实验数据分析其对焊接质量的影响。

采用激光-电弧复合焊接设备，通过对不同的焊接速度、激光功率等工艺参数对高强钢焊接质量影响的研究，优化出最佳的高强钢激光—电弧复合焊接工艺参数。

采用高速相机采集复合焊接过程中熔滴过渡图像，研究参数对工艺稳定性的影响。

2.复合焊接工艺参数优化2.1.焊接电流对电弧形态和熔滴过渡的影响2.1.1.焊接电流对熔滴过渡的影响在焊接电流较低时，熔滴过渡表现为大熔滴过渡，熔滴在焊丝周边形成和长大，其底部受到电弧力作用，排斥效果明显。

熔滴较长在焊丝端部一侧，当长到足够大时，熔滴脱离焊丝而过渡。

处于焊接小电流的状态，熔滴向激光光束偏移，致使熔滴变大的时间较长，体积变大，过渡频率比较低。

主要受自身重力、表面张力和电弧力的作用，电流较小，熔滴收到电磁收缩力、等离子流力的作用不太明显。

高氮钢激光-MAG复合焊工艺及焊缝增氮研究高氮钢具有高强度、良好的冲击韧性以及耐腐蚀性,并且氮替代镍带来了生产经济性和良好的生物相容性,在防弹装甲、运输管道和医疗器械等领域应用前景广阔。

但由于高氮钢含氮量高的自身特点,其焊接性较差,存在固溶氮损失、气孔缺陷显著以及氮化物析出的问题,本课题提出基于粉末填充的高氮钢激光-MAG 复合焊接焊缝增氮工艺,并对熔滴过渡稳定性、氮的溶入与析出行为、气孔缺陷成因、焊缝组织演变以及性能改善程度等方面进行了分析。

本文首先进行了高氮钢激光-MAG复合焊接优化工艺,能够实现较好的表面成形,焊接稳定性较好,飞溅较少,但氮含量仅为母材的73%。

焊接速度对高氮钢气孔具有较高的敏感性,离焦量会明显影响焊接稳定性,在零离焦时能获得较好的成形质量,同时需要控制焊接电流和光丝间距,保证电弧与激光热源起到良好的耦合效果。

选用氮化锰粉末进行了增氮工艺试验。

送粉角度主要影响焊接过程稳定性,只有从焊枪下方送粉才能较好地维持稳定焊接。

随着送粉量的增加,成形质量逐渐变差,含氮量先增加后趋于稳定,增氮效果存在阈值。

通过对增氮工艺试验中氮行为分析表明,氮化工艺接头的氮含量最高可达0.55%,约为母材氮含量的84.6%,氮主要以固溶态存在,少部分以氮气孔的形式残留于焊缝中,无明显析出物产生。

增氮工艺过程中,氮化锰粉末完全分解,经熔滴表面传质进入熔池,虽然氮气孔析出倾向变大,但综合体现为焊缝固溶氮含量的提高。

随着焊接速度提高,工艺类气孔减少,氮气孔增多,总体呈现气孔数量增加,平均尺寸减小的变化规律。

对增氮前后的高氮钢焊缝组织和性能进行了对比分析,研究表明焊缝均为奥氏体基体+δ-铁素体的混合组织,随着氮含量提高,δ-铁素体含量降低。

奥氏体基体中分布有少量Ti N颗粒相,且奥氏体与δ-铁素体的相界面存在氮富集现象,存在大量显微气孔。

氮化工艺的高氮钢接头力学性能得到提高,但厚度方向上具有一定的不均匀性。

接头拉伸强度为1072MPa,提高了14%,可达母材强度的73%,为韧性断裂。

船用高强钢的激光电弧复合焊接工艺与性能研究随着世界造船业的发展,船体结构已经逐渐采用更高强度级别的钢来代替传统结构用钢。

EH36是高强度级别用钢,目前为止采用更多的还是传统焊接方法进行焊接,虽然可以满足船级社的要求,但焊缝表面易产生凹陷和咬边等缺陷、背面易产生焊瘤、焊接变形大及焊接效率低等问题。

激光-电弧复合焊接方法不仅可以避免上述缺陷,而且可以显著提高效率。

但是采用此种焊接方法对船板焊接工艺以及性能的研究还处于初级阶段,所以对其进一步的研究很有重要意义。

本试验选择14mm厚的EH36,采用激光-电弧复合热源系统进行焊接,研究不同的工艺参数对焊缝成形的影响规律。

结果表明:激光功率决定焊缝的熔深,焊接速度决定焊缝的上下宽度,送丝速度只影响焊缝上表面的宽度,光丝间距和热源先后顺序对焊缝熔宽影响较小,对焊缝成形质量影响较大。

在最佳焊接工艺参数条件下,焊缝成形良好且无焊接缺陷存在;对母材和焊缝进行XRD衍射分析,结果表明焊缝和母材金属相主要由α-Fe固溶体组成;焊缝金属的显微组织由多量马氏体、少量贝氏体及微量铁素体组成,焊接热影响区(HAZ)组织以板条状马氏体为主、贝氏体为辅,与焊缝金属相比,HAZ过热区的马氏体量更多和尺寸更大;焊缝金属的硬度高于母材,激光作用区焊缝金属硬度高于电弧作用区焊缝金属硬度,激光作用区HAZ硬度低于电弧作用区HAZ硬度;常温下焊接接头平均抗拉强度为569.4Mpa、平均屈服强度为422.25Mpa、延伸率为21%、断面收缩率为49%,拉伸试样的断裂位置在母材金属,拉伸试样断口上布满韧窝,属于塑性断口形貌;在对焊缝进行横向侧弯180°后,在被拉伸的表面上没有产生裂纹;焊缝金属和HAZ金属在室温下的平均冲击功分别为92J和88J,分别约为母材的95%和91%;焊缝冲击试样的断面(中间部分)属于准解理断口形貌;经过静态失重试验、腐蚀形貌和电化学腐蚀试验观察发现焊接接头耐蚀性优于母材,试验性能指标均优于船级社的技术指标要求。

熔 深相 当 。出现 上述现 象 的 原 因在 于 当激 光束 入 射 在
（ ） 光 功率对 复合 焊熔深 影 响较 大 ， １激 随着 激 光功 率 的增加 ， 熔深 相应 增加 。其余 焊接 工 艺 参数 不 变 ， 当 激 光功率 由 ２ｋ 增 加 为 ５ ５ｋ ， Ｗ ． Ｗ 复合 焊 熔 深 增 加 近
俘 掳 生产应用
大 功 率 激 光 ＋Ｐ ＭＡ 复 合 热 源 焊 接 工 艺 — Ｇ
机械 科 学研 究院哈 尔滨焊接研 究所 （５００ １０ ８ ）
摘要
徐 良
王旭 友
王
威
杜
兵
激光 一Ｍ Ｇ复合热源焊接工艺 参数较 多 ， Ａ 主要包 括激光 功率 、 光丝 间距 、 离焦量 、 焊接 速度 、 激光 倾角
表２ Ｅ ５ Ｒ ０—６焊 丝 ＭＡ Ｇ焊熔敷金属 力学 性能
激光 一 Ａ Ｍ Ｇ复合热源焊接工艺参数关联性试验 ， 研究 了主要工艺参数对焊缝成形的影响规律 ， 提出 了焊缝
良好 成形 的关 键 工 艺 参 数 范 围 ， 日后 进 行 大 功 了较系统的试验研究依据。
本消失 。
光束 的焦点 位 置显著 影 响 激光 作 用 在工 件 的 能量 密度 ， 复合焊 中的重要参 数 。从 图 ２ 是 ｃ和 图 ３ ｃ中可 以 看 出， 同样 光斑 直径 时 ， 用 负 离焦 焊 接 时 的熔 深 大于 采 正离焦 ， ． Ｗ 激光 功率条 件下 ， 光人 焦 ２—１ ｍ ５５ｋ 激 ０ｍ 时熔 深较 大 ， 离焦 大于 ８ｍ 或入焦 大 于 １ ｍ 后激 上 ｍ ２ｍ 光 深熔 焊 现 象 基 本 消失 ， 接 由 深 熔 焊 变 为 热 导 焊 。 焊 现 有 的研 究 表 明 获 得 最 佳 焦 点 位 置 是 在 工 件 表 面 下 （ 入焦 ） ２５ｍｍ， 时焊 缝 深宽 比最 大 Ｊ实 际上 最 １～ ． 这 ，

2
2.1
随着现代科技的发展，在制造工业领域得到越来越广泛的应用，同时人们对焊接技术的要求也越来越高，希望能够获得一种优质、高效且成本低、适用范围广的焊接工艺。激光焊作为一种焊接技术，因具有熔深大、变形小、焊速快、热影响区小、易实现自动化及操控精度高等优点而被广泛应用于工业生产，但它同时也存在设备投资大、对工件装配精度要求高、接头搭桥能力差、易产生气孔和咬边、高反射率金属焊接困难等缺点。传统的电弧焊接虽然成本低、适用范围广，但又存在焊速低、熔深小、焊缝变形和热影响区大等缺点。为了实现优质、高效焊接，研究者将激光焊和电弧焊接有机结合起来，形成了一种新的焊接技术—激光-电弧复合焊。随后的研究结果则表明，这种新的焊接工艺不仅克服了两种焊接热源的缺点、综合了两者的优点，还产生了额外的能量协同效应，具有广泛应用于工业生产领域的巨大潜力，也因此越来越受到人们的重视和青睐。
本文结合科学家的研究工作，概括了激光-电弧复合焊的产生与发展、激光-电弧复合焊的特点、激光-电弧符合焊接机理与模拟数值的研究现状。并着重介绍了激光-电弧复合焊的工艺研究。对焊接的熔滴过渡形式、激光功率、焊接速度等工艺参数进行了研究。
关键词：激光-电弧复合焊，工艺研究，工业应用，焊接缺陷
Abstract
2016届毕业生毕业论文（设计）
题目：激光-电弧复合焊工艺研究
专业：
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
完成日期：2016年6月
摘 要
激光-电弧复合焊技术是一种具有比较好的工业应用前景的新兴焊接技术，目前已经引起了国内外科研人员的重视。激光-电弧复合焊接将两种物理性质和能量传输机制截然不同的热源复合在一起，实现了优势互补，提高焊接效率和质量。这种新的焊接工艺不仅克服了两种焊接热源的缺点、综合了两者的优点，还产生了额外的能量协同效应，具有广泛的应用于工业生产领域的巨大潜力，也因此越来越受到人们的重视和青睐。

激光-电弧复合焊接技术的研究进展及应用现
状
激光-电弧复合焊接技术是一种新兴的焊接成形技术，它的出现
使焊接的效率大幅度提高，并且能够生产卓越的焊接质量，广泛应用
在苛刻的工业环境中。

激光-电弧复合焊接技术，用先进的激光焊接技术，将大功率的
激光束同电弧火焰和保护气体协同作用，以焊接高性能金属材料。

激
光-电弧复合焊技术具有低温焊接、节能效率高、焊接速度快、焊接质
量稳定等优点。

激光-电弧复合焊技术在基础研究领域，有其重要的研究进展，
如激光-电弧复合焊技术在空间条件下的应用研究，在电弧焊与激光焊
的组合应用等。

激光-电弧复合焊技术在实际应用中，应用于各种航空
航天、汽车制造、过程控制设备、智能装备、各种工程结构件的制造
等领域，已经在能源工程、石油、化工等行业取得了满意的效果。

激光-电弧复合焊技术的发展前景也非常乐观，将朝着智能化、
定制化、小批量化、大规模统一生产等目标迈进。

例如在智能化方面，运用柔性操控、智能调节和智能优化等使激光-电弧复合焊技术的智能
化的程度更上一层楼，再结合深度学习等技术，有望实现成型质量如
痕迹般可控和重复；同时，将在新材料的开发和运用上，加入特殊元
素以改善焊接性能，提升激光-电弧复合焊技术的应用效率。

总之，激光-电弧复合焊技术发展迅速，它的出现为众多苛刻环
境中的焊接尽心提供了便利。

随着技术、材料以及运用形式的不断完
善和发展，激光-电弧复合焊技术将在变革和创新中保持其领先的地位，为人类的技术进步做出更多的贡献。

0前言20世纪70年代末，英国学者W M Steen 等率先利用TIG 和CO 2激光实现了激光-电弧复合焊。

近年来，随着电弧焊设备和激光器性能的提高，激光-电弧复合焊技术的发展日益加速，激光－电弧复合焊已成为激光焊接研究的热点方向，德国、美国、日本和瑞典等国家都在该领域做了大量的研究实践工作。

激光-电弧复合焊的应用研究主要是针对高速薄板焊接、中厚钢板焊接和铜铝合金等高反射材料的焊接等，涉及的行业包括汽车、造船、航空和石油管道等。

1激光-电弧复合焊接的提出背景、基本原理和复合形式聚焦激光束由于具有高的热源密度，使其应用于焊接领域具有速度高、热输入小、变形小、热影响区窄以及接头综合性能好等一系列优点。

但是，与其他焊接热源一样，激光焊也有其缺点：设备投资大；能量利用率低；焊前的准备工作要求高；高反射金属焊接困难，接头中容易产生气孔、裂纹、咬边等缺陷。

为避免单独激光焊接所存在的问题，研究者便提出了激光与电弧的复合，其出发点是利用电弧焊接的低成本、适用范围宽等特点。

随后的研究成果表明，激光－电弧复合热源既综合了上述2种焊接热源的优点，又相互弥补了各自的不足，还产生了额外的能量协同效应。

激光－电弧复合焊接的原理如图1所示，激光与电弧同时作用于金属表面同一位置，焊缝上方因激光作用而产生光致等离子体云，等离子云对入射激光的吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后，低温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释，激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热，使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高，焊接熔深增加。

另外，激光熔化金属为电弧提供自由电子，降低了电弧通道的电阻，电弧的能量利用率也提高，从而使总的能量利用率提高，熔深进一步增加。

激光束对电弧还有聚焦、引导作用，使焊接过程中的电弧更加稳定。

在复合焊中，参与复合的激光包括Nd ：YAG （钕：钇铝石榴石）激光、CO 2激光；电弧包括TIG电弧、MIG /MAG 电弧以及等离子弧，利用各种复合收稿日期：2009-12-09文章编号：1002－025X (2010)05-0002-06激光－电弧复合焊接技术的研究与应用袁小川1，赵虎2，王平平2（1.山东中德设备有限公司，山东济南250101；2.山东省冶金地质水文勘察公司，山东济南250101）摘要：阐述了激光－电弧复合焊接的基本原理和复合形式，归纳了几种激光－电弧复合焊接技术的特点、应用范围和国内外的研究进展，介绍了目前国内外激光－电弧复合焊接技术在汽车、造船、石油化工等制造业中的应用，最后指出激光－电弧复合焊接技术有着非常广泛的应用前景，是今后激光焊接技术的发展趋势，激光－电弧复合焊接机理还有待于进一步研究。

第35卷　第11期中　国　激　光Vol.35,No.112008年11月CHIN ES E J OURNAL OF LAS ERSNovember ,2008 文章编号:025827025(2008)1121680206激光2电弧复合焊接的研究进展肖荣诗　吴世凯(北京工业大学激光工程研究院,北京,100124)摘要　激光2电弧复合焊技术是一种具有较好工业应用前景的新技术,目前已经引起了国内外研究人员的重视。

激光2电弧复合焊接将两种物理性质和能量传输机制截然不同的热源复合在一起,实现优势互补,提高焊接效率和质量。

结合作者的研究工作,概括了激光2电弧复合焊接中激光与电弧相互作用、熔滴过渡特性、小孔和熔池动态行为、复合焊接工艺技术及应用等方面的最新研究进展。

关键词　激光技术;复合焊;基础问题;工业应用中图分类号　T G 456.7 文献标识码　A doi :10.3788/CJL20083511.1680Progress on Laser 2Arc H ybrid WeldingXiao Rongshi Wu Shikai(I nstitute of L aser Engineering ,B ei j ing Universit y of Technology ,B ei j ing 100124,China )Abstract Laser 2arc hybrid welding is a promising technology which can be widely used in industry and it attractsattention of the researchers bining two heat sources with different physical properties and energy transmission mechanisms together ,laser 2arc hybrid welding possesses the composite advantages of laser welding and arc welding.Some aspects on laser 2arc hybrid welding such as the laser 2arc interaction ,droplet transfer characteristics ,dynamic behaviors of the keyhole and the weld pool ,hybrid welding processes and their applications are reviewed.K ey w ords laser technology ;hybrid welding ;foundational problems ;industry applications 收稿日期:2008209216;收到修改稿日期:2008210210 基金项目:北京市教委科技发展计划重点项目(KZ200710005003)资助课题。

Q355C激光-MAG复合焊接工艺及接头性能研究Q355C激光-MAG复合焊接工艺及接头性能研究在现代制造业中，焊接工艺在连接材料时扮演着重要的角色。

随着材料科学和焊接技术的进步，激光焊接和气体保护焊(MAG焊接)成为当今最常用的焊接方法之一。

本文将研究Q355C钢材的激光-MAG复合焊接工艺及其接头的性能。

首先，我们来了解一下Q355C钢材的特性。

Q355C钢材是中国国家标准GB/T 1591-2018中规定的高强度低合金结构钢，具有优异的力学性能和焊接性能。

它被广泛应用于桥梁、船舶、建筑和机械制造等领域。

激光焊接是一种高能量密度焊接方法，通过激光束对工件进行加热和熔化，从而实现材料的连接。

MAG焊接是一种常用的气体保护焊接方法，使用惰性气体保护焊接区域以减少氧、氮和水蒸气的对焊接过程的干扰。

激光-MAG复合焊接结合了激光焊接和MAG焊接的优点，可以提高焊缝质量和焊接效率。

在本研究中，我们将对Q355C钢材的激光-MAG复合焊接工艺进行优化，并评估焊接接头的性能。

首先，我们选择合适的激光功率和MAG焊接电流来实现最佳的焊接工艺参数。

然后，我们采用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等方法对焊接接头进行微观分析。

通过优化焊接参数，我们发现采用激光-MAG复合焊接工艺可以获得高质量的焊缝。

在焊接过程中，激光辐射可以增强焊接区域的温度分布，促使熔池形成和焊接接缝的形成。

MAG焊接提供了稳定的惰性气体保护，减少了氧化和气孔的产生。

通过与传统的MAG焊接相比，激光-MAG复合焊接可以提高焊接速度和焊接质量。

在接头性能评估方面，我们进行了拉伸试验和冲击韧性测试。

结果显示，采用激光-MAG复合焊接工艺的接头可以达到Q355C钢材的高强度要求。

拉伸试验结果显示焊接接头的抗拉强度和屈服强度都满足设计要求。

冲击韧性测试结果表明，接头具有较好的韧性和抗冲击性能。

综上所述，本文研究了Q355C钢材的激光-MAG复合焊接工艺及接头性能。

７， ０ 直径 １２ｍ 其化学成分与 Ｍ Ｇ焊熔敷 金属力 ． ｍ， Ａ 学性 能分 别见 表 １和表 ３ 。试 验采 用额 定功 率为 ６ｋ Ｗ
表 １ 母材及焊丝化学成分 （ 量分数 ， ） 质 ％
抗拉强度 Ｒ ／ ａ ＭＰ
屈服强度 Ｒ ／ ａ ＭＰ
７０ ４
断后伸长率 ４（ ） ％
２ ０
冲击 吸收能量 （一 ０℃） ＶＪ ２ Ｋ ／
１８ ３
的碟 形 激 光 器 ， 纤 直 径 ０ ２ｍ 焊 枪 焦 距 ｆ＝２０ 光 ． ｍ， ０
收稿 １ ： ０ １—０ ２ ３期 ２ １ ３— ８ ５ ０ ２１ ０ １年第 ７期
ｍ 弧 焊机采 用全 数字 化 ＭＡ ／ Ｉ ｍ， Ｇ Ｍ Ｇ焊机 。
中图分类号 ： Ｔ ４ ６９ Ｇ ５ ．
激光
不预热
冷裂纹
０ 前
言
的激光 功率 较低 ， 中厚板 激 光 一ＭＡ Ｇ复 合 热源 焊接 工 艺研究 及应 用较 少 。文 中针对 ＨＱ ８ Ｔ （８ｍ ７５ １ ２ ｍ厚 ） 低
低合金调质高强钢综合性能优异 ， 经济效益显著 ，
现广 泛应用 于 桥梁 、 船舶 、 山机 械 、 矿 压力 容 器 、 能 等 核 领域 。 低 合 金 高 强 钢 的 焊 接 问 题 之 一 是 焊 接 冷 裂 纹… ， 目前 常用 的焊 接工 艺方 法 为 ＭＡ Ｇ焊 。为 防止 焊 接冷 裂纹 发生 ， 常采 取焊 前 预热 措 施 ， 这不 仅 使 生产
焊 接 ， 在 一 些 工 程 领 域 得 到 成 功 应 用 ＿ 。然 而 ， 并 ４ ｊ 这
高强 钢 板 ， 化学 成 分 和力 学 性 能分 别 见 表 １和 表 ２ 其 ， 金 相显微 组 织 为 索 氏 体 （ １ 。试 验 用 焊 丝 为 Ｈ 图 ） Ｓ一

海工高强钢激光电弧复合焊接工艺、性能及机理研究高强钢作为海洋工程装备的关键结构材料,广泛应用于钻井平台、海底管道、风电安装船等。

通常高强钢之间的连接采用电弧焊接,虽然传统的电弧焊接具有生产成本低、焊接工艺成熟等特点,但其也存在焊前准备时间长、焊接热输入量大、焊接变形大等缺点,这些缺点使电弧焊接难以满足当今对高强钢提出的焊接要求。

激光-电弧复合焊接技术是一种高效、新型的焊接方法,它能够充分发挥两种焊接热源的优点,可以有效解决电弧焊接带来的问题,在中、厚板的焊接上具有更明显的优势,因此复合焊接技术在海工高强钢的焊接领域具有十分乐观的应用前景。

本文采用激光-电弧复合焊接技术对15 mm厚海工高强钢(NV E690)板对接接头进行焊接,通过改变焊接层数、激光功率、电弧功率、焊接速度等参数研究其对焊缝成型和焊缝质量的影响,确定了合适的双道焊复合焊接工艺参数。

如:第一道:激光功率4 k W,电弧电流250 A,电弧电压28.5 V,焊接速度0.6 m/min;第二道:激光功率1.5k W,电弧电流300 A,电弧电压31 V,焊接速度0.6 m/min。

采用双道复合焊能够获得较为理想的焊接接头,没有咬边、表面裂纹、未焊透等宏观焊接缺陷。

分析了焊接接头不同区域的显微组织特点及组织演变规律。

对焊接接头进行了力学性能试验,硬度测试的结果表明,焊缝区的平均硬度为368.46 HV,低于热影响区的平均硬度(456.69 HV),但高于母材的硬度(280HV)。

标准拉伸试验断裂发生在母材,表明焊接接头强度高于母材,标准试样的拉伸强度为825.60 MPa,非标拉伸试样的焊接接头拉伸强度超过1100MPa。

在低温冲击韧性试验中,试样焊缝的冲击功平均值为34.67 J,超过工业应用标准值27 J,断口的断裂方式为准解理断裂。

焊接接头的弯曲试验表明焊缝的弯曲强度(1769.41 MPa)高于于母材的弯曲强度(1668.94 MPa),焊接试样在母材与热影响区交界处发生断裂,而母材试样表面未发现裂纹。

华中科技大学硕士学位论文激光—MIG电弧复合焊接基础研究及应用姓名：王治宇申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：胡伦骥20060424华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要激光—电弧复合焊接是一种新兴的特种激光加工技术，它将两种物理性质、能量传输机制截然不同的激光和电弧热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既充分发挥了两种热源各自的优势，又相互弥补了各自的不足，从而形成了一种全新高效的热源。

激光—电弧复合热源至少是一种激光热源(CO2、YAG等)与一种弧焊热源(TIG、Plasma、MIG/MAG)的组合，激光—MIG复合热源因其焊接效率高、间隙适应性好、焊缝成分和性能可控等优点正在成为工业生产中最重要的激光焊接方法之一。

本文在总结国内外激光—电弧复合热源焊接研究现状基础上，对激光—MIG复合焊接技术进行了工艺基础及应用的研究。

首先建立了CO2激光—MIG电弧旁轴复合热源系统，以普通碳钢为试材进行了堆焊试验，对焊缝的横断面几何形貌进行了测定，结果显示，复合焊较激光、电弧焊的熔深、熔宽增加，焊缝成型更美观，复合激光功率越大，作用效果越明显。

随后利用Nd:YAG激光—MIG电弧复合热源系统对激光功率、电弧功率、焊接速度、焊接方向等参数与焊缝形貌之间的关系进行了研究，讨论了激光与电弧的交互作用。

研究表明：在一定的焊接工艺条件下，激光功率主要影响复合焊缝熔深，而电弧功率主要影响熔宽，激光电弧的交互作用有利于增加熔深，却负作用于熔宽的增加；当一定功率的Nd:YAG激光与电弧热源复合时，焊缝熔深随着电弧功率的增大先增后减，熔深最大时，电弧功率与复合热源功率的比值约为0.6。

对应的其它实验结果也表明：复合热源焊接效率提高，焊前适应性好。

最后，将激光—MIG复合焊接技术应用于ZL114铝合金的焊接，成功地实现了2mm和8mm厚平板及筒体复合热源的拼焊。

关键词：激光—MIG复合焊接激光加工Nd:YAG激光电弧功率焊缝形貌铝合金华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractLaser–arc hybrid welding is a new special welding technique in laser processing, in which the laser beam and the arc act on the same molten pool, the synergistic actions of the laser and the arc were exploited, improving the welding efficiency compared with the individual processes.A descriptive term of laser–arc processes should include the laser type(i.e. CO2, Nd:YAG) and the arc welding process(TIG, Plasma, MIG/MAG), and hybrid laser–MIG welding becomes one of the most significant laser welding technologies in industry dueto its higher welding efficiency, higher tolerance to gaps between plates, and adjustment of composition and microstrcture of the weld metal.Based on summarization of the current research on hybrid welding technique, a program of experimental work was undertaken to investigate the hybrid laser–MIG welding process and its application in this paper. First a paraxial CO2 laser–MIG hybrid welding system was set up and produced bead–on–plate runs on carbon steel under different welding conditions, the weld bead shape were measured. The results show that the laser–MIG hybrid welding can increase penetration and width, improve the quality of weld bead formation compared with laser and arc welding, and the higher the laser power, the more significant the effect.Then a Nd:YAG laser–MIG hybrid welding system was used to study the relationship between hybrid welding parameters and bead geometry, the parameters like laser power, arc power, welding speed, welding direction etc greatly influenced the weld bead. Influence of interaction between laser and arc energy on bead geometry was analyzed, it was found that under stated condition the weld penetration mainly depends on the laser power and the width depends on the arc power, the reciprocity of laser and arc contributesa positive effect on penetration, but a negative effect on weld width. With a certain华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文constant power of Nd:YAG laser combined with the arc, the weld penetration went deeper at first and then reduced as the arc power increased, when penetration was in peak value, the energy ratio of arc power to hybrid power was about 0.6. Later the advantages of hybrid welding compared with laser or MAG welding alone were assessed, and a series of adaptability experiments of laser–MIG hybrid welding were carried out. The results indicate that the laser–MIG hybrid welding improves welding efficiency and owns good welding adaptability.At last, the application of laser–MIG hybrid welding on ZL114 aluminum alloy was realized on the 2–8mm thick plates and cylinders butt joints.Key words: Laser–MIG hybrid welding Laser processing Nd:YAG laser Arc power Bead geometry Aluminum alloy华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。