结合GMAW与激光技术的多道焊接

图1、根部焊道使用混合焊接，0毫米缝隙，
坡口钝边6毫米，夹角60度。        在造船和管道敷设工作中经常用到厚钢板焊接技术，这种运用传统熔化极气体保护焊（GMAW）工艺的技术需要大量不同的焊接通道。板厚超过5毫米时，由于熔池变大且难以控制，再加上基体材料所需的热输入，单道熔化极气体保护焊往往不适用。根据材料厚度的不同，需要有不同数量的逐次进行的焊接通道，有时还要在不同的工作站进行加工。
        
        高功率激光系统能减少焊接通道数量并改善成本状况，同时提高焊接速度、降低热输入变形以及减少矫正返工。一种前景看好的方法是将激光和GMAW工艺结合的混合焊接法，可以减少焊接通道数量和缩短焊接时间。同时，这种混合焊能够通过选择填充焊丝来影响焊缝硬度和韧度、消除缝隙以及校正线性错边，而仅仅用激光光束作为一种自熔焊方法是不可能达到上述效果的。激光光束的小面积热输入特性导致深熔和高焊接速度，因而不适合GMAW工艺。
        HyBright项目由德国联邦教育与研究部（BMBF）资助，其目标是减少焊接通道数量和加工时间。不来梅大学激光应用研究所（BIAS）在混合工艺中使用8千瓦高光束质量光纤激光器来焊接16毫米的厚钢板。在单一焊道中，8千瓦的激光功率并不足以焊接厚钢板，因而选择了一种接头准备方法在两条焊道中进行焊接。使用带有宽坡口钝边（Y形接头）的V形对接接头作为一种焊缝接头准备，坡口钝边为6到10毫米，夹角为45度到60度。根部焊道（见图1）使用混合工艺进行焊接，其余坡口使用活性气体保护焊（MAG）工艺进行焊接（见图2）。 图2、全焊缝，根部焊道使用混合焊接，填充
焊丝焊道使用金属极气保护焊（MAG）焊接，
缝隙0.5毫米，坡口钝边10毫米，夹角45度。

        通过使用混合焊工艺，即使存在缝隙或线性错边，根部焊道的焊接也毫无问题。根部焊道能够消除最大1.2毫米的缝隙，校正最大0.5毫米的线性错边。焊接速度受坡口钝边的焊接影响，介于16米/分钟和1.8米/分钟之间。由于填充焊丝焊道使用MAG工艺进行焊接，焊接速度降低至0.4米/分钟。这种焊接过程带来了高质量的焊缝，没有裂缝、气孔或不完全焊透等内部瑕疵。与高性能焊接工艺埋弧焊相比，总焊接时间能够缩短50%。而且，如果填充焊丝焊道的焊接能够得到优化，那么焊接时间将进一步缩短，从而提高工艺的利润率。
         
        本文作者Stefan Grnenwald（gruenenwald@bias.de）在不来梅大学激光应用研究所（www.bias.de）完成了上述工作，谨向资助HyBright项目（FK 13N9278）的德国联邦教育与研究部表示感谢。