生产率受焊接行进速度以及所需运行次数的影响 。 在足够高的行进速度下 ， LBW ， 特别是MAG工艺变得不稳定 ， 产生质量较差的焊缝 。
LAHW中的一个重要设置是激光弧间距离（DLA） ， Abe等人发现 ， 对于10μm（CO2）激光器 ， 该距离具有稳定电弧的特定最佳值 。 在较高的DLA下 ， Hayashi等人发现热源变得更加分离 ， 因此该过程变为串联过程 ， 而不是与共享熔池混合 。 对于1μm激光器 ， Fellman等人报道 ， 电弧-金属转移模式和工艺稳定性受DLA和焊枪布置（即电弧引导或尾随）的影响 ， 其中发现用于最佳穿透的DLA距离引导焊枪的锁孔更远 。 原因在于 ， 在非常短的距离处 ， 由于熔融液滴与激光束的碰撞 ， 存在强烈的负相互作用 ， 激光束部分反射并降低进入锁孔开口的光束功率 。 向锁孔输送的波动功率会由于锁孔塌陷而导致孔隙 。
示意图显示了液滴在（a）-（c）电弧焊和（d）-（f）混合焊接中的球状转移序列 。
除材料混合和电弧稳定外 ， 气隙的存在还有其他好处 。 如Piili等人所解释的 ， 间隙还提供更深的穿透力并稳定锁眼 。 Hayashi等人在使用30kW CO2激光器连接22-25mm厚的板时使用了1-4mm的气隙 。 他们认为 ， 当电弧处于激光引导配置时 ， 由于凹槽中存在熔融金属 ， 在汽化反冲压力的作用下 ， 小孔立即形成 。 使用该原理 ， 可以成功地焊接具有超过激光束直径的气隙的接头 。
LAHW工艺的生产率潜力对于厚截面焊接尤其高 ， 并且在过去十年中已成为大量研究的主题 ， 例如 ， 对于使用1μm激光和多道焊的管道高强度低合金（HSLA）钢 。 由于多种非线性相关的工艺参数 ， LAHW中焊接参数的优化可能非常具有挑战性 。 对LAHW工艺稳定性的大多数研究仅限于某些情况 ， 焊接参数集相对较窄 ， 或涉及研究特定金属加工过程中的特定现象、设置、激光光学和条件 。 因此 ， 对于使用1μm激光和CMT电弧模式的厚碳钢板中的LAHW ， 通常没有可用的信息 。 这项工作旨在解释各种条件下的过程行为 ， 以解释可推广的过程机制 ， 从而将研究结果用于未来的应用 。 这里讨论的各种参数包括：DLA、焊接行程速度、工艺设置、接头坡口准备和间隙宽度 。
球状模式下的等离子体（a）电弧焊 ， （b）混合焊接 。
2. 方法
使用金属芯焊丝将45 mm厚的板与双面LAHW连接 ， 比较CMT + P和脉冲电弧模式在各种参数设置下的影响 ， 以提高焊接质量和生产率 。 实验方法和分析如下 。
2.1.设备和材料
用于实验的LAHW设置如图1（a）所示 。 在实验过程中 ， 使用15 kW（IPG Laser GmbH YLR-15000）镱光纤激光器 ， 具有：光纤芯直径为400μm ， 光束参数积为10.3 mm?mrad ， 波长为1070 nm ， 连续波模式 ， 300 mm焦距光学器件 ， 聚焦在表面以下 。
图 1.实验设置：1 – 光纤激光设备;2 – MAG 设备;3 – 钢制工件;4 – 重型夹紧系统;5 – 照明脉冲二极管激光器;和 6 – 高速成像相机 。
2.2变量和分析的 2.2.Design
焊接参数显示在图2的设计矩阵中 。 在所有实验中 ， 激光输出通常设置为15 kW ， 通常为3.5-4.5 mmD洛杉矶.显著影响工艺稳定性的参数在实验之间发生了变化 ， 包括：行进速度vt（0.5-1.2 米/分钟）、电弧模式（CMT+P ， 脉冲）、填充焊丝进给速率WFR（4-18 米/分钟）、割炬布置（前弧或尾弧）、板之间的气隙（0.2-1.0 毫米）和接头边缘准备（I 或 Y 槽） 。 接头边缘的斜面几何形状如图3所示 。 选择WFR来正确填充接头 。 根据电弧焊机的协同线设置电流、电压、脉冲持续时间和频率的电弧参数特性 。
图 2.焊接参数设计矩阵 。
图 3.用于焊接的准备好的坡口的几何形状：a）面根宽度为 5 mm 的 I 型坡口坡口;b） Y 型槽倒角 ， 面根部宽度为 5 mm（不按比例） 。
对于图2中的每个参数组合 ， 都制作了一个样品 ， 但由于焊缝的长度（根据ISO 15614-14：2013标准为500 mm） ， 它们被认为具有生产代表性 。 为了评估样品 ， 对焊缝表面进行了目视检查 ， 并制作了横截面宏观照片（抛光和蚀刻） 。 在焊接过程中将HSI应用于两侧以验证相同的行为 。 除其他现象外 ， 还分析了液滴转移稳定性、电弧与激光束之间的相互作用、锁孔稳定性和工艺区域中的熔体流动 ， 因为它们对工艺稳定性至关重要 。 HSI示例分别显示在图4（a ， b）中 ， 分别显示了尾随弧和前导弧 。
图 4.激光-MAG 混合焊接的 HSI ， 用于 a）拖曳焊枪布置和 b）前导焊枪布置 ， 其中：1 – 填充焊丝;2 – 弧等离子体;3 – 熔融液滴;4 – 液体熔池边缘;5 – 激光锁孔;和 6 – 板之间的气隙 。
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