激光束振荡对加厚截面HSLA钢进行窄槽激光-电弧复合焊接 _激光器

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本文为大家展示采用激光束振荡对加厚截面HSLA钢进行窄槽激光-电弧复合焊接的研究结果。
摘要：在这项研究中，使用正弦振荡激光器获得了高强度低合金(HSLA)钢的窄槽激光电弧混合焊接(NGHW) 。然后分析了激光束振荡幅度和空间约束对电弧行为，液滴转移，焊缝几何形状和焊缝不完全融合的影响。由于最小电弧电压原理和固有的电弧自调节，当激光器不振荡时，观察到电弧阴极光斑通常附着在一个侧壁上。结果，熔池没有扩散到整个间隙的宽度，导致不完全融合。当激光束以正弦路径振荡时，振幅两侧的能量密度高于中心线，并且焊缝的长宽比降低。发现光束沿中心线的速度远高于振幅两侧的速度。熔池在振荡梁的作用下沿宽度方向振荡，形成凹面，这促进了凹槽侧壁的熔化，并抑制了侧壁中的不完全熔合缺陷。使用60毫米厚的焊缝验证了NGHW辅助激光束振荡的技术可行性，其特征是光滑的层过渡和不存在可见缺陷。
关键词：高强度低合金(HSLA)钢，窄槽焊接，混合激光电弧焊接，工艺稳定性，液滴转移，激光束振荡
引言
高强度低合金(HSLA)钢的厚截面广泛用于船舶制造和桥梁建造(参考文献1) 。窄槽焊接是减小槽截面面积、提高焊接效率、减少厚焊接段热输入的首选技术之一。目前，用于窄槽焊接的典型焊接方法包括气体金属电弧焊(GMAW)、气体钨极电弧焊和埋弧焊，特别是用于制造厚度大于50毫米的部分(参考文献2-6) 。但是，这些方法存在不可避免的缺点，例如变形大，热影响区宽，残余应力和不完全融合。
激光-电弧混合焊接(HLAW)技术具有焊接厚高强度钢结构的最佳潜力(参考文献7) 。厚度范围为15至32毫米的碳钢可以用高功率激光一次穿透(参考文献8-10) 。但是，使用高功率激光器简单地增加能量输入似乎并不是获得厚结构的高质量焊缝的理想技术。
近年来，由于提高了激光质量并使用了长焦距会聚聚焦系统(参考文献12-15) ，窄槽激光焊接(NGLW)得到了显着发展。确保凹槽中的足够穿透侧壁是应用NGLW的主要挑战之一。在一项相关研究中， Tsukamoto等人。 (参考文献16)使用10 kW光纤激光器使用多通NGLW将60毫米厚的SA516低碳钢连接在一起。尽管将板焊接了10次，但由于热量输入仍然很低，因此观察到不完全熔合。 Wang (参考文献17)研究了35毫米厚的Q345低碳钢的NGLW ，并观察到侧壁上有少量不完全熔合。研究还表明，凹槽准备和束线位置对于厚截面至关重要(参考文献。 1819) 。

图1实验装置示意图
目前，用于抑制不完全融合的三种主要方法是光束振荡，热线填充和光束散焦。例如， Yosuke等。激光窄槽通过高频振荡激光束来焊接50毫米厚的碳钢(参考文献16-18) 。通过在过程中使用传感器来识别凹槽形状，可以适当地控制热输入面积，并有效地防止了不完全融合。 Yosuke等人(参考文献20)在超窄槽中使用带有填充线的激光和超过42个通过导电模式的对接焊接100毫米厚的SUS304钢板，产生几乎无缺陷的焊缝。然而，不完全融合程度没有被完全抑制，并且由于小梁要求高精度，限制了NGLW的工程应用。

激光束振荡对加厚截面HSLA钢进行窄槽激光-电弧复合焊接

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