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为解决发动机壳体整体焊接成形较差及焊后变形量较大的问题,尤其是针对薄壁对接环焊缝及角焊缝的焊接,激光-CMT复合焊接技术可能是解决这些问题的首选方法之一。本课题通过试验与理论分析相结合的方法研究了激光-CMT复合焊接熔滴过渡特性,分析了激光-CMT复合焊接过程中各参数对熔滴过渡行为的影响规律。并以此为基础进行了超高强钢构件的焊接,提出了一种适用于激光-CMT复合焊接的复合方式,在保证焊缝成形的情况下进一步降低热输入,减小变形。 论文首先分析了激光的加入使焊缝熔化效率提高、熔滴过渡频率和熔滴形态改变的原因,并对比了激光-CMT和激光-MAG焊接稳定性。认为加入激光进行复合后,熔池出现明显的铺展现象,液桥断开加快,但同时激光等离子体的热作用使得焊丝不断熔化,阻碍液桥断开。激光等离子体的存在形成了稳定的导电通道,会使电弧等离子体方向发生改变,熔滴所受的电磁收缩力和等离子流力等方向随之改变。观察发现电弧等离子体的存在会诱使激光等离子体喷发,而CMT短路过渡时焊丝接触熔池而抑制匙孔表面的激光等离子体。相比于激光-CMT,激光-MAG焊接过程中产生的飞溅以及熔滴都可能影响激光匙孔稳定性,造成气孔缺陷,虽然熔滴进入熔池也会抑制激光等离子体喷发,但总体效果较弱。 探究了各参数对熔滴过渡行为影响规律,认为最主要的因素为光丝间距,对激光与电弧的耦合产生决定性的影响,而离焦量、保护气流量等都是通过影响激光作用效果来影响过渡行为,至于激光功率的增加,不仅加速焊丝熔化,也会使熔池明显扩大,有助于提高过渡频率,同时在高速焊接时起到稳定电弧、避免粘丝的作用,过渡频率大大提高。使用不同波长的激光时,等离子体温度均随激光功率的增加而增加,当功率达到2500W时,CO2激光等离子体温度超过光纤激光1000K以上,CO2激光等离子体喷发剧烈,而光纤激光匙孔喷发出的主要是金属蒸汽,对熔滴体积的影响较小,主要作用为熔池铺展作用,且由于缺少了等离子体的吸引作用,光纤激光对CMT电弧本身的影响较小。 开展2mm超高强钢对接实验,经过对工艺参数的计算分析得到了CMT电弧热输入的效率系数为0.3-0.39。为了更好地控制光丝间距,降低其配合难度和电弧电流大小,提出一种控制激光-CMT熔滴过渡的复合方式,获得了成形良好、无气孔缺陷的焊缝,从而证明其可行性。薄壁构件焊后圆度变化较小,拉伸性能达到752MPa,试件断裂位置在母材。