随着制造业的快速发展,尤其是工程机械、船舶、轨道交通、汽车零部件、管道、容器、钢构及其它重工行业对高质量、高效率焊接技术的需求日益增加,激光-电弧复合焊作为一种新型、高效、优质的焊接工艺,其市场需求将持续增长。 同时,在全球环保意识日益增强的背景下,激光-电弧复合焊技术以其环保、节能的特点,成为推动可持续发展的重要力量。相比传统的焊接方法,激光电弧复合焊技术能够减少废气等污染的排放,降低能源消耗和环境污染,符合现代工业对绿色生产的要求。 1、激光-电弧复合焊优势
▲图1.1焊接方法特点对比 激光-电弧复合焊具有高效、优质、节能、低成本的焊接特点,单道熔透厚度可达20mm以上,相比纯电弧约0.6m/min的焊接速度,复合焊速度可达2m/min,对于20mm厚板,复合焊可不开坡口直接焊接,综合效率可提高10倍以上,各焊接方法特点对比如图1.1所示。 2、激光-电弧复合焊设备组成及原理
▲图2.1激光-电弧复合焊设备组成 激光-电弧复合焊设备组成如图2.1所示,主要包括激光器、弧焊电源、送丝机、复合焊接头、机器人及控制系统等。 激光-电弧复合焊原理如图2.2所示,激光热源与电弧热源叠加共同作用于母材,激光可获得深度,电弧可获得饱满度。为达到最佳的激光电弧耦合效果,需对多参数进行设置匹配。图中,D1为光束离焦量,D2光丝间距(焊丝与激光光斑中心的距离),D3为焊丝干伸长度,A为弧焊枪焊接角度,其它参数还包括激光相关参数,如激光器功率、光纤芯径、激光头配置等,电弧相关参数,如焊丝直径、电流、电压、保护气及流量等,在实际焊接过程中还需针对工件形状进行复合焊枪姿态调整。
▲图2.2激光-电弧复合焊原理图 3、大族光子大功率复合焊激光器
▲3.1 大族光子新一代万瓦激光器产品 大族光子针对复合焊开发了第一代万瓦系列激光器,功率覆盖12kW~60kW,具有功率响应时间快、稳定性高的特点,满功率响应时间小于50μs,11小时烤机功率波动<1%。
▲图3.2 20kW激光器功率稳定性测试 大族光子新一代万瓦激光器产品采用976nm泵浦技术,电光效率最高达45%,产品光模块的集成度高,支持总线控制功能,可以同时兼顾薄板的高速切割与中厚板的亮面切割,大大提高穿孔、切割、焊接等工艺质量,主要应用于新能源、船舶制造、航空航天、工程机械等行业的切割、焊接、熔覆、表面处理等领域。
▲图3.3 激光器参数表 4、复合焊测试 焊接试板材料选择常用的碳钢,牌号为Q235B,焊丝选用牌号为ER50-6,激光器为大族光子20kW连续光纤激光器。 4.1 角焊测试 12~20mm碳钢单面角焊、25mm碳钢双面角焊成形如图4.1~4.6所示,在较优激光入射角度下,单面角焊可实现20mm厚板单面焊双面成形,焊缝成形良好,未见气孔、未熔合等缺陷。
▲图4.1 12mm试板角焊正反面成形效果
▲图4.2 16mm试板角焊正反面成形效果
▲图4.3 20mm试板角焊正反面成形效果
▲图4.4 25mm试板双面角焊成形效果
▲图4.5 20mm试板角焊焊缝截面
▲图4.6 25mm试板双面角焊焊缝截面 4.2 拼焊工艺试验 8~20mm碳钢拼焊单面焊、25mm碳钢拼焊双面焊成形如图4.7~4.11所示,焊缝成形良好,未见气孔、未熔合等缺陷。
▲图4.7 8mm试板拼焊成形效果
▲图4.8 12mm试板拼焊成形效果
▲图4.9 16mm试板拼焊成形效果
▲图4.10 20mm试板拼焊成形效果
▲图4.11 25mm试板拼焊双面焊成形效果 4.3 焊缝强度测试 选取12mm拼焊试板进行拉力测试,焊缝拉伸测试结果如图4.12所示,断裂位置为母材,焊缝抗拉强度良好。
▲图4.12 12mm试板拼焊拉伸测试结果 4.4 长缝焊接测试 进行1.5m长缝焊接测试,焊接样件如图4.13所示,样件正反面成形均匀,焊接稳定性良好。
▲图4.13 1.5m长试板焊接样件 5、总结 图片 (1)采用20kW激光器进行中厚板碳钢复合焊,角焊可实现20mm厚板单面熔透焊接,拼焊可实现20mm厚板单面熔透焊接,双面焊接厚度不小于25mm。 (2)激光-电弧复合焊效率高、焊接质量好、焊接强度高。 (3)经1.5m长缝焊接测试验证,大族光子激光器焊接稳定性良好。 来源:大族光子 注:文章版权归原作者所有,本文仅供交流学习之用,如涉及版权等问题,请您告知,我们将及时处理。
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