填充热丝激光窄间隙焊接的实验研究.docx

填充热丝激光窄间隙焊接的实验研究温烄鹏１，２郑世卿１荻崎贤二３山本元道３１ 清华大学机械工程系，北京 １０００８４烌２ 先进成形制造教育部重点实验室，北京 １０００８４３ 广岛大学机械系统工程系，日本 广岛 ７３９－８５２７烆烎摘要 将填充热丝应用到高光束质量、长焦距的光纤激光窄间隙焊接中，不锈钢母材通过激光加热，镍基焊丝通过电流加热，有效利用复合热源的优势，提高了焊丝过渡稳定性和熔覆效率。 通过高速摄像机对送丝过程进行在线 观察，分析工艺参数对焊丝过渡的影响。 研究不锈钢和镍基合金异种金属窄间隙焊接接头的凝固组织，并 对 焊 缝 金属进行元素分布扫描。 研究发现，由焊丝电流和送丝速度等工艺参数决定的送丝稳定性是影响填充热丝激光焊 接质量的最主要因素。 对于窄间隙焊接，采用与间隙宽度相当的离焦光斑激光热导焊，可形成较好的侧壁熔合，由 熔融金属曲面和侧壁构成的激光反射是侧壁熔合的主要原因。 焊缝冷却速度较快，焊缝金属的凝固组织呈明显的 对生生长，在坡口侧壁附近其生长方向与侧壁近似 垂 直，焊缝不存在宏观偏析。 在间隙底部直角处容易出现未熔 合现象，采用底部圆弧过渡的 Ｕ 型坡口后，可较好地解决底部未熔合问题，获得了无宏观缺陷的焊接接头。关键词 激光技术；激光焊接；热丝；高速摄像；窄间隙焊接中图分类号文献标识码ＴＧ４５６．７；ＴＮ２４９ｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２０１１３８．１１０３００４ＡＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＬａｓｅｒＮａｒｒｏｗ Ｇａｐ ＷｅｌｄｉｎｇｗｉｔｈＦｉｌｌｉｎｇＨｏｔ ＷｉｒｅＷｅｎＰｅｎｇ１，２ ＺｈｅｎｇＳｈｉｑｉｎｇ１ ＳｈｉｎｏｚａｋｉＫｅｎｊｉ３ＹａｍａｍｏｔｏＭｏｔｏｍｉｃｈｉ３１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ烄烌２ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ３ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｉｒｏｓｈｉｍａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｉｒｏｓｈｉｍａ，７３９－８５２７，Ｊａｐａｎ烆烎Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈｏｔｗｉｒｅｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌｏｆｈｉｇｈｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙａｎｄｌｏｎｇｆｏｃａｌｄｉｓｔａｎｃｅｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｆｏｒｎａｒｒｏｗｇａｐｗｅｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂａｓｅｍｅｔａｌｉｓｍｏｌｔｅｎｂｙｌａｓｅｒ，ａｎｄｔｈｅＮｉ－ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｗｉｒｅｉｓｈｅａｔｅｄｕｐｂｙｗｉｒｅ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｂｏｔｈｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｏｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｈｙｂｒｉｄｈｅａｔｉｎｇｓｏｕｒｃｅｓ．Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｃａｍｅｒａ ｉｓｕｓｅｄｔｏｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｆｉｌｌｅｒｗｉｒｅｄｕｒｉｎｇｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎ ｗｉｒｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｎａｒｒｏｗｇａｐｌａｓｅｒｗｅｌｄａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ． Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｗｉｒｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｆｉｌｌｉｎｇｗｉｒｅｓｐｅｅｄａｒｅｔｈｅｔｗｏｋｅｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｌａｓｅｒｈｏｔ ｗｉｒｅｗｅｌｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅｓｉｄｅｗａｌｌｏｆｂａｓｅ ｍｅｔａｌｉｓｂｏｎｄｅｄｗｅｌｌｗｉｔｈ ｗｅｌｄ ｍｅｔａｌｗｈｅｎｄｅｆｏｃｕｓｅｄｌａｓｅｒｓｐｏｔｗｉｔｈａ ｄｉａｍｅｔｅｒｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅ ｗｉｄｔｈｏｆｎａｒｒｏｗ ｇａｐｉｓｕｓｅｄ．Ｔｈｅｌａｓｅｒｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍａｉｎｌｙｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｔｏｔｈｅ ｍｅｌｔｉｎｇｏｆｓｉｄｅ ｗａｌｌｓ，ｒａｔｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｌａｓｅｒｂｅａｍｉｔｓｅｌｆ．Ｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｈｏｗｓｏｂｖｉｏｕｓｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈ，ｗｈｉｌｅｔｈｅ ｄｅｎｄｒｉｔｅｓｇｒｏｗｖｅｒｔｉｃａｌｌｙｔｏｔｈｅｓｉｄｅｗａｌｌｄｕｅｔｏｔｈｅｒａｐｉｄｃｏｏｌｉｎｇｓｐｅｅｄ．Ｎｏｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｉｓｆｏｕｎｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｌａｃｋｏｆｆｕｓｉｏｎｉｓｆｏｕｎｄｉ