激光復(fù)合焊是激光焊與弧焊兩種工藝的結(jié)合焊接工藝，主要用于工業(yè)上中厚板材的焊接。對(duì)于弧焊來(lái)說(shuō)，達(dá)到超過(guò)3mm以上熔深需要較大的電流電壓，且熱影響區(qū)較大。在弧焊基礎(chǔ)上，結(jié)合激光焊工藝，使得激光復(fù)合焊工藝具備了高熔深，大熔寬，變形較小的優(yōu)點(diǎn)。在激光復(fù)合焊工藝中，弧焊的主要作用是擴(kuò)展熔寬，增加板材間的橋接能力，激光焊的作用是加深熔深，穩(wěn)定焊接過(guò)程。本次介紹Al5754鋁合金的一個(gè)激光-MIG復(fù)合焊案例，分析復(fù)合焊焊縫的特性及工藝注意事項(xiàng)。
（本文主要基于Casalino的《StudyonarcandlaserpowersinthehybridweldingofAA5754Al-alloy》來(lái)進(jìn)行討論）
——焊接設(shè)置——
△激光束與MIG槍的位置示意圖
焊接設(shè)置：
母材：Al5754厚度3mm
保護(hù)氣：Ar
激光器功率：4kw
焊接光斑大?。?.4mm
焊絲材料：ER5356
機(jī)器人焊接速度：3.5m/min
光絲間距：2.5mm
MIG焊槍角度：對(duì)地40°
焊接參數(shù)設(shè)計(jì)：
△3x3焊接參數(shù)矩陣
參數(shù)設(shè)計(jì)主要是激光功率和焊接電壓的匹配，激光功率有三個(gè)水平（2500W,3000W，3500W）。電壓三個(gè)水平（24.5V,26.5V,28V），弧焊焊機(jī)一般有專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)，所以只設(shè)置一個(gè)電壓，其他參數(shù)如電流，送絲速度等會(huì)自動(dòng)匹配
。
——焊接結(jié)果——
焊縫尺寸
△焊接尺寸及尺寸定義圖
由焊縫尺寸結(jié)果可以，激光功率為2500W，S1,S2均沒(méi)有背透，S3有背透是由于增加了MIG焊的電壓及電流。Crownwidth可以看出是跟電壓電流值成正比的關(guān)系，說(shuō)明MIG焊的參數(shù)對(duì)焊縫寬度影響更為顯著。
氣孔
△氣孔分布
9個(gè)樣件里都含有了不少的氣孔，結(jié)合相關(guān)的研究推測(cè)，大氣孔生成的主要原因是焊接過(guò)程的不穩(wěn)定，熔池里的氣體未逃逸出去，造成不規(guī)則的大氣孔。另外，由于5系金屬有大量的Mg元素，Mg元素的蒸發(fā)也會(huì)使得熔池不穩(wěn)定。提高激光-MIG焊能量的比率能夠穩(wěn)定電弧，使得熔池更加穩(wěn)定降低大氣孔形成的概率。
小氣孔形成的原因主要是混入了氫元素及熔池不穩(wěn)定，鋁合金或空氣中夾雜的水汽會(huì)使得熔池中的氫難逃出熔池。在焊前對(duì)鋁合金做清洗處理能夠顯著降低小氣孔生產(chǎn)的概率。
微觀組織
△微觀組織圖
通過(guò)觀察微觀組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)激光key-hole區(qū)域的組織比MIG焊區(qū)域的組織更加致密，因?yàn)榧す馊鄢氐睦鋮s速度快于MIG焊熔池。
殘余應(yīng)力
△殘余應(yīng)力數(shù)值
通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)值能夠很明顯看出，隨著熔深的增加，殘余應(yīng)力值是顯著下降的，說(shuō)明在MIG焊熔池區(qū)域殘余應(yīng)力較大，MIG焊對(duì)殘余應(yīng)力的影響顯著，因此更低的電壓和電流有助于降低焊縫的殘余應(yīng)力。
焊縫硬度
△硬度分布
從圖上的曲線可以看出，MIG焊區(qū)域的硬度呈一個(gè)“雙峰”狀，這個(gè)區(qū)域的硬度大于母材的原因是由于焊絲材料的添加。激光key-hole區(qū)域硬度呈“尖峰狀”，最高點(diǎn)的硬度比母材高20HV。
拉伸強(qiáng)度
△拉伸強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)
從拉伸強(qiáng)度來(lái)看，S4組的拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到母材的80%以上（210MPa），S1和S2組拉力強(qiáng)度低是由于未焊透且含有9個(gè)樣件中最高的氣孔率，導(dǎo)致整體的拉力強(qiáng)度下降。
——結(jié)論——
總體來(lái)說(shuō)，所有樣件焊縫的質(zhì)量并不是很完美，但是通過(guò)一系列的測(cè)試研究，5系鋁合金的復(fù)合焊焊縫的性能基本讓讀者有個(gè)全面的了解。可參考的結(jié)論如下：
1、激光-弧焊能量比率提高有利于焊縫的穩(wěn)定；
3、弧焊區(qū)域的組織比激光keyhole區(qū)域更加粗糙；
4、弧焊的能量對(duì)焊縫組織的殘余應(yīng)力有顯著的影響；
5、焊縫組織硬度的分布規(guī)律；
6、焊縫的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到母材的80%；
7、激光功率3000W，弧焊電壓24.5V，電流114A是這次研究中較好的參數(shù)組，可以作為參考，但仍需要優(yōu)化。