通过激光-电弧复合焊接技术成功焊接20 mm厚的EH40钢板

文摘   2024-11-05 13:03   辽宁  



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论文导读 

激光-电弧复合焊接(HLAW)技术结合了激光焊接和电弧焊(GMAW)的优势,增加了激光束的穿透能力和 GMAW 的填充能力。该技术特别适用于厚板(>15 mm)的对接焊接,在造船、航空、海上、铁路和核工业等领域越来越受欢迎,因为其不仅提高了焊接质量和可靠性,还因其生产效率具有良好的经济优势。尽管研究人员们正在研究激光和电弧之间的协同作用,但对这一复杂过程的全面理解仍有待提高。该研究为了探索HLAW技术在焊接20 mm厚EH40钢板时的可行性,特别是实现单道焊接、无需复杂准备的对接焊缝,并避免焊接接头产生缺陷。

Laser & Electron Beam Processing

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论文概述

该研究使用激光-电弧复合焊接(HLAW)技术单道成功焊接20 mm厚的EH40钢板。在实验中使用15 kW光纤激光器,焊接速度为1500 mm/min,无需在钢板上加工任何斜边或额外准备的情况下完成焊接。在实验中,电弧在前、激光在后,焊丝的伸长量为20mm,焊丝与激光焦点之间的距离为4mm。电弧电压设置为26 V,送丝速度为11 m/min。实验结果表明,通过调整焊接间隙和激光焦点位置,可以有效避免焊接驼峰。当焊接间隙为0.5 mm、激光功率为15.5 kW和焊接速度1500 mm/min时,得到最佳焊接效果。该实验证明了激光-电弧复合焊接技术能在无需复杂准备、无需材料支持的情况下,通过单道焊接就实现了无缺陷的20 mm厚的钢板对接焊,展示了激光-电弧复合焊接技术的巨大潜力,并为焊接更高厚度的板材以及其他更具挑战性的应用提供了实验参考。

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图文解析

文章中图1展示激光-电弧复合焊接(HLAW)装置的组成,包括激光焊接头、GMAW焊炬和钢板的相对位置。下图为实验设置的布局,包括焊接头和焊炬是如何固定在移动平台上方的,以及它们是如何相对于移动的板材进行调整的。

图1.(a)激光-电弧复合焊设备;(b)激光束、GMAW torch和钢板之间的相对位置示意图;(c)总长度为1米的夹紧系统,用于固定焊接钢板。


图2展示了在焊接20 mm厚EH40板材时,焊接后所产生的驼峰现象。这一现象是由于焊接过程中熔融金属液滴的凝固而形成的,驼峰会影响焊接接头的质量,使得焊接接头底部不平整,易影响焊接接头的力学性能。


图2. 20mm厚的EH40钢板焊接后所形成驼峰。


如图3示,作者使用轮廓仪获取的焊接底部的虚拟图像,以及沿焊接底部轴线的线轮廓。这些图像和轮廓显示了焊接底部的形态,包括是否存在驼峰,以及焊接过程中焊缝底部的宽度变化。

图 3.对于每个焊缝:(第一个)使用轮廓仪拍摄的焊缝根部的虚拟图像。X 轴代表焊缝的长度,Y 轴是扫描区域的宽度(W)。颜色的对比突出了焊缝底部(白色)相对于钢板表面(黑色)的突出性。在b、c、d中,浅蓝色数字给出了不同长度的间隙大小。(底部)沿焊缝底部中轴所取的线剖面,显示焊缝的高度(H)。4 mm处的阴影线作为参考,便于比较不同焊缝之间驼峰的高度。透明的绿色区域突出显示了焊缝底部没有驼峰的区域。(右)示意图显示了焊缝参数,包括了钢板之间的焦点位置和间隙的设置。

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总结

该研究在激光-电弧复合焊接(HLAW)技术领域取得了显著进展,特别是在焊接厚板时常见的驼峰缺陷上取得了突破。通过精确调整两个关键参数——焊接间隙和激光束的焦点位置,成功地优化了焊接过程,从而在0.5 mm的板材间隙、-13 mm的激光焦点位置、15.5 kW的激光功率和1500 mm/min的焊接速度下,实现了对20 mm厚EH40钢板的无缺陷单道焊接。这一成果不仅证明了HLAW技术在处理厚板焊接时的有效性和可靠性,而且也突显了其在提高焊接质量和效率方面的巨大潜力。


此外,研究中获得的焊接样品显示出了优异的焊接质量,焊接底部没有气孔且无明显驼峰,钢板表面填充完美,这些都是良好底部形态的特征。这些结果得益于激光能量更有效的传递至板材底部,扩大了熔池,从而避免了焊接驼峰缺陷的形成。这一发现对于理解和控制焊接过程中的物理现象具有重要意义,为焊接工艺的进一步优化提供了科学依据。




2024第九届“光之聚”焊割行业创新发展论坛

赞助企业名单

2024.11.05 


序号赞助名称企业名称
1独家冠名单位山东光之聚激光科技有限公司
2晚宴赞助中国机械工程学会埃森展组委会
3冷餐赞助山东华奥电气有限公司
4冷餐赞助山东凯斯锐智能装备有限公司
5直播间赞助郑州华迈智能科技有限公司
6茶歇赞助无锡超强伟业科技有限公司
7报告单位厦门锋元机器人有限公司
8报告单位无锡九川机器人有限公司
9报告单位北一半导体科技(广东)有限公司
10椅套冠名任丘市浩一金属制品有限公司
11手提袋冠名北京北钨新材科技有限公司
/北钨新材料(香河)科技有限公司
12笔记本冠名青岛艾特尔电源科技有限公司
13矿泉水冠名任丘市一航焊割设备有限公司
14展示单位任丘市一航焊割设备有限公司
15展示单位山东威尔得工具有限公司
16展示单位上海海太尔防护用品有限公司
17展示单位常州迅安科技股份有限公司
18展示单位武汉星华远焊割设备有限公司
19展示单位特威尔焊接设备有限公司
20展示单位成都华荣焊接设备有限公司
21展示单位青岛海特电源设备有限公司
22展示单位青岛欧迈格电子科技有限公司
23展示单位山东世商焊材有限公司
24支持单位广州市尼佳焊接设备有限公司
25支持单位山东零度机械设备有限公司
28白酒赞助贵州南国龙酒业有限公司
27红酒赞助焊接互联
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