【正文】 自行設(shè)計的復(fù)合焊接裝置 （6）焊接夾具 實驗材料為高強鋼薄板，焊接中容易發(fā)生變形。同時能夠?qū)崿F(xiàn)焊槍角度的旋轉(zhuǎn)，這樣激光電弧復(fù)合焊接的所有參數(shù)都可以設(shè)置，滿足不同工藝參數(shù)的實驗。，適用于Nd:YAG MAG激光復(fù)合焊接實驗，夾具可完成MAG焊機槍頭x、y、z三軸調(diào)整。同時具有優(yōu)秀的引弧性能，薄板焊接的對應(yīng)力強，有滿足多種焊接需要的電弧特性。 數(shù)控二位工作臺 數(shù)控機床 （4）MAG焊機 MAG焊機為松下公司生產(chǎn)的微電腦焊接波形控制脈沖MIG/MAG焊機（），該款焊機可以焊接鋼類、鋁及鋁合金材料，采用20%CO2+80%Ar混合氣體作為保護氣體。 ，其控制系統(tǒng)采用西班牙FAGOR公司的FAGOR 8055的數(shù)控技術(shù)，可以實現(xiàn)五軸控制，其中F軸為調(diào)焦軸。操作者通過操作盤編程可實現(xiàn)復(fù)雜焊接，機器人定位速度快，焊接速度控制準確，移動誤差小，適合完成焊接加工。的反射聚焦鏡，焦點光斑直徑D=。聚焦鏡采用焦距f=2439。光束模式可在TEM00和TEM01自由轉(zhuǎn)換，光束質(zhì)量因數(shù)k≥，并且發(fā)散度極小，近于絕對平行。N2的加入主要是在CO2激光器中起到能量傳遞作用，為CO2激光上能級粒子數(shù)的積累和高效率大功率的激光。CO2 是產(chǎn)生激光輻射的氣體。激光器主要由諧振腔、熱交換器、氣流管道、及高壓直流放電系統(tǒng)等組成。激光光速質(zhì)量因數(shù)BBP=25mm*mrad，YAG激光通過心經(jīng)為600um的光纖傳輸，經(jīng)過焦距f=200mm的聚焦鏡后焦點光斑直徑D=。激光器具有加工安全、性能可靠、控制簡單的特點，可以完成連續(xù)、脈沖兩種模式的激光輸出。：YAG固體激光器照片。 第二章 實驗設(shè)備、材料及方法 實驗設(shè)備 實驗采用的主要設(shè)備有激光器、機器人、機床、焊機、復(fù)合焊接裝置、高速攝像機，以下將作具體介紹。分析考察復(fù)合焊接過程中影響其穩(wěn)定性的因素，以及各工藝參數(shù)對焊縫質(zhì)量的影響關(guān)系。盡管一套先進的復(fù)合焊接設(shè)備高達數(shù)百萬人民幣，但復(fù)合焊技術(shù)的研究對國內(nèi)的焊接技術(shù)水平的提高有著重大的意義，對制造業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生深遠的影響。 本論文的研究內(nèi)容及意義國外對激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究已經(jīng)開展了很多年，取得了相當多的成果并成功地運用到很多領(lǐng)域。焊接工件的內(nèi)環(huán)材料和外環(huán)材料分別為4mm厚的X6Cr17和2mm厚度的奧氏體不銹鋼。芬蘭的Jernstrom Petteri采用CO2激光MIG電弧復(fù)合焊接對伸縮式中空梁進行了焊接，采用激光功率5kW 和MIG電流132A的功率參數(shù)。同年，美國的EWI為了減少管道焊接成本和提高管道焊接效率，也進行了運輸管道連接項目，叫做“YAG管道”。、焊接電流250A、焊接電壓30V、對壁厚4~8mm，用時不到4min。而激光電弧復(fù)合焊接熔深和熔寬均較大，能夠保證焊縫的橋接性能和一次性焊透，從而提高焊接效率和質(zhì)量。 全面采用激光電弧復(fù)合焊技術(shù)的德國Meyer造船廠3. 在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)在石油化工的大型管道、油罐連接中也有著重要的應(yīng)用。采用激光電弧復(fù)合焊接后，自動化程度大幅提高，平板對焊焊炬一次可行走范圍為20m20m，焊縫間隙熔寬達1mm，焊接速度提高3倍以上，甲板變形程度降低2/3以上，減少了焊接后續(xù)處理時間和裝配難度?？朔艘话愦w結(jié)構(gòu)中手工電弧焊和MAG/MIG焊效率較低的缺點 。近年來，這一技術(shù)已經(jīng)在日本、韓國和歐美一些國家得到了廣泛的研究與應(yīng)用，而我國還處于起步階段。隨著激光電弧復(fù)合焊工藝的日益成熟，在鋁合金車身焊縫焊接中復(fù)合焊所占比例越來越重，大有取代以往激光焊和熔化極氣體保護焊之勢。1. 在汽車制造工業(yè)中的應(yīng)用近年來，在汽車制造業(yè)中，更傾向于朝著輕量化發(fā)展，為了節(jié)約能源、減少污染及合理利用材料等，在車身框架結(jié)構(gòu)中大量使用了鋁、鋁鎂等輕質(zhì)合金結(jié)構(gòu)。 激光電弧復(fù)合焊接的應(yīng)用復(fù)合焊的適用性較強，可以進行平板對接焊、角接焊、環(huán)形焊縫的焊接。焊接時電弧非常穩(wěn)定，即使是在90m/min時電弧也很穩(wěn)定，而且不會出現(xiàn)單純激光焊接時的缺陷，而單獨激光焊接時在48m/min時就會出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象而且還會出現(xiàn)焊接缺陷。 （3）激光等離子弧復(fù)合焊激光與等離子體復(fù)合一般采用同軸復(fù)合方式。激光MIG/MAG復(fù)合焊接一般采用旁軸復(fù)合方式。電弧前置，激光后置時，電弧可以對工件表面進行預(yù)熱，使表面微熔，降低了工件表面對激光的反射率，使激光更容易穿透工件表面，提高了激光能量的利用率，使焊接熔深和熔寬都相應(yīng)有所增加，并且更易形成深熔小孔焊。 （2）激光MIG/MAG復(fù)合焊 激光MIG/MAG電弧復(fù)合焊接利用填焊絲的優(yōu)勢可以改善焊縫的冶金性能和微觀組織結(jié)構(gòu)，進而提高了焊縫力學(xué)性能，相比激光TIG復(fù)合焊，其焊接適應(yīng)性更好，常用于焊接中厚板。激光與TIG電弧進行旁軸復(fù)合時，激光在前可以去除母材金屬表面的雜質(zhì)及氧化物，很大程度上減少鎢極所受污染，增加鎢極的使用壽命。 激光電弧同軸復(fù)合 激光電弧旁軸復(fù)合 激光電弧級聯(lián)復(fù)合焊接示意圖 根據(jù)電弧種類的不同，激光電弧復(fù)合焊接可分為以下幾種： （1）激光TIG復(fù)合焊激光TIG電弧復(fù)合焊接是最早出現(xiàn)的一種復(fù)合焊接方法，大多用于薄板高速焊接，也可以用于不等厚材料的對接焊。此外，還存在一種特殊的激光電弧復(fù)合方式，沿焊接方向，激光和電弧之間以一定距離分布，兩種熱源空間上獨立，基本互不影響，兩種熱源焊接效果簡單疊加，相當于短時間內(nèi)對同一位置實施兩次焊接，這種焊接方法稱為激光電弧級聯(lián)焊。根據(jù)激光與電弧的相對位置不同可分為：同軸復(fù)合，即激光與電弧處于同軸共同作用于工件的同一位置；旁軸復(fù)合，即激光束與電弧以一定的角度共同作用于工件的同一位置。研究表明，利用激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)，能夠?qū)σ酝恍╇y焊甚至認為不可焊的材料進行焊接，并且隨著工藝的參數(shù)的優(yōu)化，焊接效果越來越好。激光與電弧的作用會提高焊接速度，由于電弧的作用使得用較小功率的激光器就能達到很好的焊接效果，與激光焊相比可以降低設(shè)備成本。而且匙孔會使電弧的根部壓縮，從而增大電弧能量的利用率。 （4）增加焊接過程的穩(wěn)定性。激光的作用使得焊縫的加熱時間變短，不易產(chǎn)生晶粒過大而且使熱影響區(qū)減小，改善焊縫組織性能。其次由于電弧的作用會增大金屬對激光的吸收率也是熔深增大的原因。 （2）增加了焊縫的熔深。激光電弧復(fù)合焊接主要有以下優(yōu)點： （1）提高了焊接接頭的適應(yīng)性。 激光電弧復(fù)合焊特點及研究現(xiàn)狀 激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)的特點激光電弧復(fù)合焊接作為一種先進的焊接技術(shù)，將激光和電弧兩種不同的熱源復(fù)合在一起，作用于工件的同一位置，通過兩種熱源的相互作用及復(fù)合熱源與工件的作用，完成焊接過程。一方面由于激光器產(chǎn)生的激光波長不同（CO2激光器和Nd： m）；因此金屬對激光能量吸收不同，導(dǎo)致焊縫熔深、熔寬、熱影響區(qū)大小有所不同；另一方面由于不同波長激光與電弧等離子體相互作用時由于作用點處等離子云密度不同，使電弧特征改變，導(dǎo)致熔滴受力狀態(tài)發(fā)生變化進而導(dǎo)致熔滴過渡特征發(fā)生變化。近幾年來，為了實現(xiàn)對鋁合金、不銹鋼等中厚板的焊接，研究人員更多的注意到采用激光熔化極惰性氣體保護焊/熔化極活性氣體保護焊(metal inert gas welding/metal active gas welding簡稱MIG/MAG)復(fù)合焊接方法[45]。 盡管激光電弧復(fù)合焊接擁有諸多優(yōu)點，但是其復(fù)合過程十分復(fù)雜，諸多參數(shù)都對焊縫質(zhì)量造成影響，因而對兩熱源復(fù)合工藝的研究，將有助于我們獲得更好的焊接效果。激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)與單獨的激光焊、電弧焊相比，具有高焊接速度、優(yōu)化焊縫截面質(zhì)量、力學(xué)性能，降低裝配精度和成本等優(yōu)勢，因此被廣泛的研究和應(yīng)用。激光電弧復(fù)合焊接是將兩種截然不同的熱源復(fù)合在了一起，是兩種熱源相互影響，優(yōu)勢互補形成了一種更加高效地焊接方式。但是受當時條件限制，這種技術(shù)并沒有立刻引起廣泛關(guān)注。 關(guān)鍵詞：激光電弧復(fù)合焊接 等離子體 熔滴過度 保護氣體 ABSTRACT In this paper, on the basis of summarizing hybrid welding technique,a program of experimental work was undertaken to investigate the hybrid laser–MAG welding process and its application. This paper uses YAG laserMAG and CO2 laser and MAG welding machine to do the hybrid welding test. The effects of laser power, arc voltage, arc current and shielding gas on bead profile and droplet transfer are studied. The results indicate that under certain conditions of welding, the arc power mainly affects the weld width, the laser power is the main effect of the posite weld penetration. Arc current has little effect on the welding penetration, but the welding penetration decreaces when arc current is too large. Because the plasma and droplet shield power is , 180A is the required welding current。電弧對熔深影響不大，但電弧電流過大時，焊接熔深反而減小，主要是由于電流過大時熔滴過渡方式改變，等離子體和熔滴對激光產(chǎn)生屏蔽和阻礙，使激光能量減弱。試驗中主要對激光功率、電弧功率及保護氣體對熔滴過渡的影響進行了研究。編號 本科生畢業(yè)論文畢業(yè)論文中文題目The Subject of Graduation Project學(xué) 生 姓 名 專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 學(xué) 院 機電工程學(xué)院摘 要 本文在對激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀總結(jié)的基礎(chǔ)上，對復(fù)合熱源焊接技術(shù)進行了工藝基礎(chǔ)及應(yīng)用的研究。本文采用YAG MAG激光電弧和CO2激光器MAG焊機進行了復(fù)合焊接試驗。結(jié)果表明：在一定的焊接工藝條件下，焊縫熔深主要由激光功率影響，焊縫熔寬主要由電弧功率影響。實驗數(shù)據(jù)表明：，焊接電流為180A時較為理想；~，焊縫形貌較好，激光與電弧耦合效果最佳，焊縫成形系數(shù)較低，熔滴過渡、電信號波形穩(wěn)定。 the welding speed at ~ / min, so the better appearance is visible. The laser and arc coupling effect is in the best state, weld reinforcement shape coefficient in stability, droplet transfer and the electrical signal are in stability. Key words: laserarc hybrid welding laserinduced plasma droplet transfer shielding gas 第1章 緒論 為了解決傳統(tǒng)焊接中遇到的一系列問題，于20世紀80年代初期， 首先提出了激光與電弧復(fù)合焊接這一全新的焊接形式。近年來隨著工業(yè)生產(chǎn)對焊接工藝的要求越來越高，各國學(xué)者再次將精力集中到激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)上來。 激光焊接過程屬于熱傳導(dǎo)型，即激光通過輻射加熱工