激光-電弧復合焊接技術如何成功焊接20mm厚的鋼板
發布日期：2024-11-07 13:56 ????瀏覽量：
激光-電弧復合焊接技術作為一種先進的焊接方法，近年來在工業領域中得到了廣泛應用。尤其是在焊接厚板時，其高效和高質的特點尤為突出。本文將重點探討如何利用這一技術成功焊接20mm厚的鋼板，并分析其在實際應用中的優勢。
激光-電弧復合焊接（HLAW）技術結合了激光焊接和電弧焊（GMAW）的優勢，增加了激光束的穿透能力和 GMAW 的填充能力。該技術特別適用于厚板（>15 mm）的對接焊接，在造船、航空、海上、鐵路和核工業等領域越來越受歡迎，因為其不僅提高了焊接質量和可靠性，還因其生產效率具有良好的經濟優勢。盡管研究人員們正在研究激光和電弧之間的協同作用，但對這一復雜過程的全面理解仍有待提高。
焊接20mm厚的鋼板需要大量的熱量和精確的控制，傳統焊接方法往往難以達到理想的效果，容易出現焊縫不均勻、熱影響區大等問題。激光-電弧復合焊接技術通過優化熱輸入和熔池控制，有效解決了這些難題。
使用激光-電弧復合焊接（HLAW）技術單道焊接20 mm厚的EH40鋼板
在實驗中使用15 kW光纖激光器，焊接速度為1500 mm/min，無需在鋼板上加工任何斜邊或額外準備的情況下完成焊接。在實驗中，電弧在前、激光在后，焊絲的伸長量為20mm，焊絲與激光焦點之間的距離為4mm。電弧電壓設置為26 V，送絲速度為11 m/min。實驗結果表明，通過調整焊接間隙和激光焦點位置，可以有效避免焊接駝峰。當焊接間隙為0.5 mm、激光功率為15.5 kW和焊接速度1500 mm/min時，得到最佳焊接效果。該實驗證明了激光-電弧復合焊接技術能在無需復雜準備、無需材料支持的情況下，通過單道焊接就實現了無缺陷的20 mm厚的鋼板對接焊，展示了激光-電弧復合焊接技術的巨大潛力，并為焊接更高厚度的板材以及其他更具挑戰性的應用提供了實驗參考。
激光-電弧復合焊接（HLAW）裝置的組成，包括激光焊接頭、GMAW焊炬和鋼板的相對位置。
在焊接20 mm厚EH40板材時，焊接后所產生的駝峰現象。這一現象是由于焊接過程中熔融金屬液滴的凝固而形成的，駝峰會影響焊接接頭的質量，使得焊接接頭底部不平整，易影響焊接接頭的力學性能。
如圖所示，使用輪廓儀獲取的焊接底部的虛擬圖像，以及沿焊接底部軸線的線輪廓。這些圖像和輪廓顯示了焊接底部的形態，包括是否存在駝峰，以及焊接過程中焊縫底部的寬度變化。
激光-電弧復合焊接（HLAW）技術取得了顯著進展，特別是在焊接厚板時常見的駝峰缺陷上取得了突破。通過精確調整兩個關鍵參數——焊接間隙和激光束的焦點位置，成功地優化了焊接過程，從而在0.5 mm的板材間隙、-13 mm的激光焦點位置、15.5 kW的激光功率和1500 mm/min的焊接速度下，實現了對20 mm厚EH40鋼板的無缺陷單道焊接。這一成果不僅證明了HLAW技術在處理厚板焊接時的有效性和可靠性，而且也突顯了其在提高焊接質量和效率方面的巨大潛力。
焊接樣品顯示出了優異的焊接質量，焊接底部沒有氣孔且無明顯駝峰，鋼板表面填充完美，這些都是良好底部形態的特征。這些結果得益于激光能量更有效的傳遞至板材底部，擴大了熔池，從而避免了焊接駝峰缺陷的形成。這一發現對于理解和控制焊接過程中的物理現象具有重要意義，為焊接工藝的進一步優化提供了科學依據。
激光-電弧復合焊接技術不僅在焊接速度和質量上具有顯著優勢，還能有效降低焊接成本和減少熱影響區，適用于各種厚度的鋼板焊接。未來，隨著技術的進一步發展和應用領域的擴大，其潛力將更加巨大。
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