鋁合金LB-VPPA復(fù)合焊接熱源特性及工藝研究.pdf

1、鋁合金在厚板結(jié)構(gòu)中因?qū)峥?、線膨脹系數(shù)大，焊接接頭易出現(xiàn)軟化問題，而傳統(tǒng)激光焊、雙絲MIG多道焊等未能有效解決鋁合金焊接接頭軟化問題。變極性等離子弧焊（Variable polarity plasma arc welding，簡(jiǎn)稱VPPAW）電弧能量集中，在厚板鋁合金焊接中具有一定優(yōu)勢(shì)，加入激光能進(jìn)一步提高VPPA焊電弧能量密度，有利于減小VPPA焊反極性電流幅值。這對(duì)進(jìn)一步減小鎢極燒損和提高VPPA焊電弧穩(wěn)定性非常有利。
　　因

2、此，借助LB(LB是Laser beam的簡(jiǎn)稱)-VPPA復(fù)合焊來提高鋁合金焊接質(zhì)量和焊接效率，這對(duì)厚板鋁合金在坦克、裝甲車、航空航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有較大科學(xué)研究意義及工程應(yīng)用價(jià)值。目前，鋁合金激光電弧復(fù)合焊主要以激光-MIG復(fù)合焊及激光-TIG復(fù)合焊為主，但對(duì)LB-VPPA復(fù)合焊的熱源特性及工藝研究較少。
　　本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)外激光-電弧復(fù)合焊文獻(xiàn)的大量閱讀及實(shí)驗(yàn)室自行研制的VPPA焊接系統(tǒng)及現(xiàn)有的CO2激光焊接系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，

3、建立了LB-VPPA旁軸復(fù)合焊熱源系統(tǒng)，以鋁合金為試驗(yàn)材料進(jìn)行了堆焊試驗(yàn)。借助高速攝像、HANNOVER質(zhì)量分析儀建立了復(fù)合焊熱源檢測(cè)系統(tǒng)，隨后利用LB-VPPA復(fù)合焊熱源系統(tǒng)對(duì)激光功率、電弧功率和熱源間距等參數(shù)與電弧形態(tài)、電弧電壓、焊接電流及概率密度分布之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，掌握了激光與電弧的相互作用機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明：在一定的焊接工藝條件下，激光對(duì)VPPA焊接電弧有吸引作用。當(dāng)激光與VPPA焊電弧相互作用，因VPPA焊正

4、反極性作用機(jī)理不同，會(huì)導(dǎo)致正極性階段激光產(chǎn)生的等離子體被壓縮于VPPA焊電弧內(nèi)部且作用于電弧根部，而反極性階段因激光產(chǎn)生的等離子體對(duì)電弧的引導(dǎo)主要會(huì)在VPPA焊電弧上方會(huì)出現(xiàn)一個(gè)等離子體柱。VPPA焊電弧根部等離子體對(duì)激光的逆軔致輻射吸收，電弧因溫度升高而膨脹導(dǎo)致其橫截面積變大；同時(shí)引入激光為VPPA焊接電弧提供了大量自由電子，電流密度增加、導(dǎo)電性增強(qiáng)、電導(dǎo)率提高、電阻減小，導(dǎo)致電弧電壓下降了約3-4V。隨著激光功率的增加，激光對(duì)VPP