图6 (a) S-LAHW 和 (b) CW-LAHW的宏观形貌
NGHW
没有激光功率的GMAW的焊接外观和横截面如图5A所示 ， 其中观察到与窄槽焊接相关的缺陷的特征形成 。 没有振荡激光束 （D = 0 mm） 的NGHW焊缝外观和横截面为如图5B所示其中观察到特征性的指甲头部形状穿透 。 与GMAW相比 ， 在没有振荡激光束(D = 0毫米)的情况下通过NGHW获得的焊缝显示出更多的成形缺陷 。 在图5C和图5d中示出了作为振荡激光束的振幅的函数的焊接形状形成 ， 示出了焊缝形成良好 ， 没有任何前述缺陷 。 还注意到焊接接头和凹槽侧壁之间的过渡是平滑的 。 然而 ， 当振荡幅度等于槽宽度时 ， 如图5E所示 ， 焊接轨迹偏离槽的中心线 。 结果 ， 激光被凹槽边缘部分阻挡 ， 并观察到底切和不完全融合等缺陷 。 可以通过升级激光传输系统或合并联合跟踪器来克服这些挑战 。 振荡激光束振幅对焊接截面尺寸的影响如图6所示 ， 其示出随着D从0增加到3毫米 ， H值线性减小 ， W增加 。 但是 ， 激光被凹槽边缘部分阻挡;因此 ， 一部分激光功率无法到达凹槽底部 。
图7 (a–c) S-LAHW和 (d-f) CW-LAHW的显微组织变化.
在振荡激光束下的焊接稳定性
通常 ， 可以使用焊接电流和焊接电压的标准偏差来表征焊接过程的稳定性 。 对应于图5的动态焊接电流和电压曲线呈现在图7中 ， 其中对于所有参数 ， 观察到典型的短路传递曲线 。 由于每个金属过渡之间的电流和电压变化幅度减小加入振荡激光束(D = 2 ， 3毫米) ， 这导致焊接过程的更好的稳定性 。
图8S-LAHW 和 CW-LAHW焊接街头在焊缝中心线整个深度的硬度变化
焊接电流和电压的平均值和标准偏差的比较在图8 (对应于图7)中示出 ， 其中平均电压和标准偏差分别为18.4和5.3 V至5.8 V 。 对于窄槽GMAW (NG-GMAW) ， 平均电流及其标准偏差分别为181.6和18.9 。 对于NGHW ， 平均电流范围为184.8至186.2 A ， 标准偏差为26.4至28.8 A 。 比较NG-GMAW和NGHW ， 激光功率增加了焊接电流;但是 ， 焊接电压及其标准偏差没有显着差异 。 对于具有不同d值的NGHW ， 焊接电流和电压的平均值没有显示任何显著变化;然而 ， 标准偏差随着d值从0增加到3毫米而减小 。 因此 ， 我们推断 ， 当振荡幅度D在0至3毫米的范围内时 ， 由于振荡激光束 ， 焊接稳定性得到改善 。
图9(a) 实验的S-LAHW 和模拟的结果对比； (b) 模拟LAHW焊缝熔池形状的等轴测视图； (c) 聪顶部观察焊接熔池的证明结果
振荡激光束下的电弧行为
在没有激光功率的情况下NG-GMAW的电弧行为如图9所示 ， 其中液滴传输频率约为13 ms ， 电弧燃烧持续时间约为9 ms 。 在图9和10中呈现了不同d值随时间的电弧行为的典型高速图像 ， 这表明使用激光不会改变液滴传输模式和频率;但是 ， 电弧燃烧持续时间趋于增加 。 在NG-GMAW (图9)和NGHW没有振荡激光束(图10)的条件下 ， 池的表面被注意到为凸形 。 此外 ， 熔池的宽度小于凹槽间隙 。 对于振荡激光束 ， 指出熔池的表面是凹形的 ， 并且熔池的宽度等于凹槽间隙 。
图 10 LAHW深熔焊的冷却速度
60毫米厚HSLA钢截面的NGHW
在本节中 ， 我们将介绍带有振荡激光束的NGHW在实际工程中的示例应用 。 使用表2中给出的工艺参数进行60mm厚板的NGHW 。 图12A示出了在此过程中使用的凹槽几何形状和尺寸 。 对于背焊 ， 采用以下参数的自生激光焊接工艺: v = 1 m/min ， P = 4 kW和0毫米正散焦 。 根据表2中给出的参数 ， 使用NGHW工艺来进给焊缝 。 另外 ， D等于焊接位置处的槽隙宽度减去1毫米 。 值得注意的是 ， 为了避免凹槽侧壁对振荡激光束的影响 ， 在焊接60毫米厚的板时使用了2毫米的正散焦 。 根据实际实验结果 ， 该微调不影响焊接过程 ， 可能是因为在将散焦从0调整到2毫米的过程中 ， 激光光斑的实际尺寸没有明显变化 。
图11 (a) S-LAHW 和(b)CW-LAHW的硬度值
焊接过程完成后 ， 测试一下件进行x射线探伤和金相解剖 。 图12B示出了使用多层和单通道NGHW创建的焊接接头的横截面轮廓 。 用20道次产生了可接受的焊缝 ， 并且焊缝没有显示任何可见的缺陷 ， 并且在道次之间具有平滑的过渡 。 焊缝的x射线检查结果如图12c所示 ， 该结果也显示焊缝中没有缺陷 。 因此 ， 通过使用激光束振荡 ， NGHW可以产生最佳的焊缝 ， 而不会产生不完全熔合和孔隙率 。
图12基材显微组织 (a) 和HAZ的 显微组织; (b) S-LAHW的CGHAZ; 和 (c) of CW-LAHW的CGHAZ.
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