激光-电弧复合焊接

可以用于复合的激光：CO2激光、YAG激光、半导体激光等

可以用于复合的焊接电弧热源：TIG、MIG、MAG、等离子弧等

上述激光和电弧可以自由任意不限种类不限方式的组合构建复合热源。

结合了激光和电弧两个独立热源各自的优点（如激光热源具有高的能量密度、极优的指向性、及透明介质传导的特性，电弧等离子体具有高的热-电转化效率、低廉的设备成本的运行成本、技术发展成熟等优势），极大程度地避免了二者的缺点（如金属材料对激光的高反射率造成的激光能量损失、激光设备高的设备成本、低的电-光转化效率等，电弧热源较低的能量密度、高速移动时放电稳定性差等），同时二者的有机结合衍生出了很多新的特点（高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装准备精度以及待焊接工件表面质量等），使之成为具有极大应用前景的新型焊接热源。

2016年12月13日，《激光-电弧复合焊接工艺规程》发布。

2017年7月1日，《激光-电弧复合焊接工艺规程》实施。

2017年5月12日，《钢、镍及镍合金的激光-电弧复合焊接工艺评定试验》发布。

2017年12月1日，《钢、镍及镍合金的激光-电弧复合焊接工艺评定试验》实施。

通过开发窄间隙光纤激光-电弧复合焊接新工艺，实现了大厚板的高效率、高质量焊接，掌握了窄间隙条件下复合焊接过程稳定性、焊缝成形、微观组织和接头力学性能的变化规律，明晰了空间拘束下的激光-电弧相互作用机理，及其对侧壁未熔合缺陷的影响机制，提出了对应的抑制方法或经验公式和基于接头强韧性增强的组织性能调控机理。研究结果不但为大厚度接头高质量焊接提供了一种新方法，而且丰富了窄间隙焊接和激光-电弧复合焊接基础理论。主要研究结果如下： (1) 将复合焊接坡口宽度成功压缩至6mm，远低于窄间隙电弧焊接坡口宽度(10-18mm)，大幅度提高了焊接效率和接头质量。采用6mm矩形坡口，以9道焊缝实现了40mm低碳钢的复合焊接，接头组织性能分布均匀，焊缝截面沿厚度方向不同填充焊道的显微硬度值差别不超过15 HV0.2，接头抗拉强度和冲击吸收功分别比母材提高了49%和60%以上。 (2) 窄间隙复合焊接热源熔化能增量比开放空间复合焊接提高3-12%，焊缝熔深增加10-22%。发现空间约束效应是提升窄间隙复合热源能量传输效率，增加焊接熔深的关键机制。 (3) 提出了表征复合焊接过程稳定性的电弧电信号近似熵半定量分析新方法。近似熵值越小，焊接过程越稳定。通过该方法明确了空间约束效应对激光-电弧复合焊接过程稳定性的增强程度和作用机制。计算结果表明窄间隙复合焊接近似熵值比开放空间复合焊接低1-16%，焊接过程稳定性明显增强。 (4) 以焊缝表面下凹深度为因变量，采用量纲分析方法建立了窄间隙激光-电弧复合焊接未熔合缺陷定量预测模型，并基于该模型得到两套未熔合缺陷抑制方案。 (5) 研究发现电弧模式和保护气体对窄间隙复合焊接接头组织性能有明显影响。其中，CMT（Cold Metal Transfer）电弧因为热输入低于常规脉冲电弧和短路电弧，其复合焊接接头具有最小的焊缝平均晶粒尺寸、最高的针状铁素体含量和最佳力学性能。其次，随着保护气体中CO2含量增加，窄间隙复合焊接熔池冷却速度加快，Mn元素烧损加剧，最终导致接头针状铁素体含量减少，力学性能下降。 2100433B