不同焊接方法對(duì)E690海工鋼氣孔規(guī)律的影響

蔡文龍，張永康，劉健航，黎嘉杰

(1.廣東工業(yè)大學(xué)，廣州 510006；2.廣東雷錛激光科技有限公司，廣東 佛山 528225)

0 前言

傳統(tǒng)的電弧焊工藝已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，電弧焊的焊道表面會(huì)出現(xiàn)氣孔、夾渣和裂紋的缺陷，尤其是海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)鋼，由于海洋鉆井平臺(tái)惡劣的作業(yè)環(huán)境，會(huì)經(jīng)常受到風(fēng)浪的侵蝕，因此對(duì)海工鋼的要求非常嚴(yán)格[1]。世界主要海洋國(guó)家都在加強(qiáng)海洋資源開(kāi)發(fā)新興裝備的技術(shù)儲(chǔ)備，而國(guó)內(nèi)對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)主要集中在近海。深海的開(kāi)發(fā)就需要深海石油鉆井平臺(tái)、海上風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)等大型海工裝備[2]。這些大型海工裝備都坐落在深海里，根據(jù)海洋工程結(jié)構(gòu)及腐蝕特點(diǎn)，一般將海洋腐蝕環(huán)境分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥區(qū)5個(gè)區(qū)帶[3]。每個(gè)區(qū)的腐蝕環(huán)境不同，所承受的疲勞強(qiáng)度也不同，例如海洋升降及安裝平臺(tái)分布在海洋大氣區(qū)，會(huì)經(jīng)常受到風(fēng)力腐蝕，其下面的樁腿就會(huì)處在海水全浸區(qū)和海泥區(qū)，會(huì)受到海水的腐蝕。無(wú)論處在哪個(gè)區(qū)，其工作的抗疲勞性能都會(huì)逐年下降，因此復(fù)合焊是重要的修復(fù)方式，是海工裝備快速發(fā)展的重要手段[4]。

自英國(guó)學(xué)者Steen[5]首先提出激光與電弧復(fù)合焊的概念以來(lái)，激光-電弧復(fù)合焊因具有激光、電弧兩種熱源焊接方式的優(yōu)勢(shì)，引發(fā)了各國(guó)研究機(jī)構(gòu)對(duì)其研究的熱潮。而脈沖激光電弧復(fù)合焊目前研究較少，低功率脈沖激光電弧復(fù)合焊在成本和能源消耗方面都占據(jù)著極大優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)的重大發(fā)展趨勢(shì)。上海機(jī)電學(xué)院張旺等人[6]研究了脈沖激光與脈沖GMAW復(fù)合焊的動(dòng)態(tài)交互行為，結(jié)果表明，與連續(xù)激光+脈沖GMAW復(fù)合焊模式相比，脈沖激光+脈沖GMAW復(fù)合焊模式可以在激光平均功率較小的情況下獲得更大的熔深。大連理工大學(xué)劉黎明等人[7-10]采用激光功率200 W，脈沖寬度3 ms激光器，進(jìn)行低功率YAG激光-熔化極氣體弧焊復(fù)合焊電弧等離子體行為研究，試驗(yàn)表明，低功率YAG 激光吸引、壓縮 GMAW 電弧，提高電弧局部區(qū)域的電子溫度至(15 400±900)K，電子密度至(1.265±0.101)×1 017 A/cm3，降低了GMAW熱源輸出電壓，促進(jìn)了焊接電弧等離子體局部熱力學(xué)平衡(LTE)的建立。內(nèi)蒙古民族大學(xué)趙華洋[11]以低功率YAG激光-MAG電弧復(fù)合熱源和單脈沖MAG焊接不銹鋼為基礎(chǔ)，對(duì)低功率激光復(fù)合焊中的一些特點(diǎn)進(jìn)行了初步研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，低功率復(fù)合熱源和單MAG焊縫組織都是由奧氏體和枝狀的δ-鐵素體組成，但在同樣的焊接熔深下復(fù)合焊組織晶粒比單MAG焊縫中的晶粒細(xì)小[12]。

目前大多數(shù)的激光電弧復(fù)合焊均是兩種熱源進(jìn)行耦合[13]，雖然增大了熔深和熔寬，抑制氣孔和裂紋的形成，但由于較高的熱輸入，導(dǎo)致其焊接變形較大，不適宜長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行焊接，并且多數(shù)是由激光或者電弧引導(dǎo)[14]，分開(kāi)進(jìn)行多次焊接，其焊接工藝復(fù)雜，提高了焊接成本，造成資源的浪費(fèi)[15]。而脈沖激光電弧復(fù)合焊研究較少，并且均是低功率脈沖激光與電弧復(fù)合焊，采用的脈沖寬度都是毫秒級(jí)別[16]。文中以E690海工鋼為研究對(duì)象，采用激光鍛造電弧復(fù)合焊修復(fù)工藝，利用納秒脈沖寬度(目前納秒脈沖寬度暫無(wú)人研究)，通過(guò)高功率密度激光沖擊鍛打，激光峰值功率密度達(dá)到1×109W/cm2量級(jí)，利用自身的力學(xué)效應(yīng)，通過(guò)熱力耦合方式，使其晶粒細(xì)化，并形成了“鍛造態(tài)”微觀組織，力學(xué)性能大幅度提高,由此形成了激光鍛造電弧復(fù)合焊新工藝方法。

1 試驗(yàn)方法

采用E690海工鋼作為試驗(yàn)材料，焊接工件尺寸為150 mm×150 mm×20 mm，焊絲采用直徑為φ1.6 mm的YD998高硬度耐磨焊絲，通過(guò)南通振康焊接機(jī)電有限公司生產(chǎn)的CO2/MAG送絲裝置進(jìn)行輸送，制冷系統(tǒng)采用深圳市東露陽(yáng)實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DIC004ASL-LB2激光冷水機(jī)，在焊接過(guò)程中需要釋放冷水，避免焊槍由于溫度過(guò)高而燒壞。保護(hù)氣體選擇佛山市南海鴻泰氣體有限公司生產(chǎn)的Ar(80%)+CO2(20%)混合氣體。母材和焊絲化學(xué)成分見(jiàn)表1，電弧焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 電弧焊接工藝參數(shù)

將焊接工件打磨干凈，進(jìn)行切槽，試驗(yàn)采用U形槽焊縫形式，U形槽間隙為槽寬4 mm，槽深5 mm。大多數(shù)研究人員都是選擇V形槽進(jìn)行復(fù)合焊，V形槽焊接較U形槽焊接容易，并且對(duì)于寬間隙焊縫進(jìn)行多層多道焊接，而試驗(yàn)通過(guò)一次性激光鍛造與電弧焊同步工作，分別進(jìn)行單層單道電弧焊、單層單道激光鍛造電弧復(fù)合焊，因此具有重大的研究意義。焊接系統(tǒng)采用自行設(shè)計(jì)組裝的自動(dòng)焊接數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以進(jìn)行水平焊接與旋轉(zhuǎn)焊接，可以調(diào)節(jié)焊接電流、電弧電壓與送絲速度。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)絲杠向前移動(dòng)，手動(dòng)將焊槍移至工件附近處，通過(guò)焊接系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕對(duì)工件與焊槍距離進(jìn)行精準(zhǔn)定位。激光鍛造系統(tǒng)由2臺(tái)脈沖激光器、導(dǎo)光臂及支架組成。通過(guò)改變脈寬、激光功率和頻率來(lái)調(diào)節(jié)脈沖激光器能量大小，工作模式為短脈沖模式。聚焦鏡片焦距f=200 mm，激光頻率為0～10 Hz，激光功率為0～100 W，脈沖寬度為8 ns。試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 脈沖激光器參數(shù)

在焊接試驗(yàn)前，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖激光器的導(dǎo)光臂可以任意選擇激光沖擊鍛打方向。調(diào)節(jié)兩側(cè)激光器的紅外光點(diǎn)，使之在焊縫處重合，同時(shí)在同一水平線上并垂直于工件與焊槍，設(shè)置激光光源距離焊槍水平方向3 mm處。由于激光引導(dǎo)電弧產(chǎn)生的焊縫成形質(zhì)量差，劉黎明等人[10]研究電弧引導(dǎo)激光的復(fù)合焊縫具有更好的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，所以激光被放置在電弧之后，也可以用較小的激光功率，以更高的焊接速度實(shí)現(xiàn)激光-MIG電弧復(fù)合焊的大間隙對(duì)接焊，從而降低激光能量，節(jié)約成本。

激光鍛造電弧復(fù)合焊修復(fù)方法采用脈沖激光與電弧同時(shí)作用在焊縫熔池內(nèi)，在熔池固液共存的狀態(tài)下，采用8 ns脈沖寬度的高功率密度脈沖激光束對(duì)電弧焊的熔池進(jìn)行激光沖擊鍛打。目前還未有采用納秒級(jí)脈寬與電弧復(fù)合焊的研究，這也是該方法與其他脈沖激光電弧混合焊接方法的不同之處，通過(guò)兩者的熱力耦合作用細(xì)化晶粒，增強(qiáng)其力學(xué)性能，進(jìn)一步增大熔深和熔寬，提高焊縫質(zhì)量。上述試驗(yàn)完成后，沿工件的橫截面每10 mm切割一個(gè)試樣，采用鑲嵌試樣機(jī)進(jìn)行鑲嵌，再通過(guò)研磨機(jī)進(jìn)行研磨和拋光。采用4%的硝酸酒精腐蝕樣品焊縫截面，通過(guò)顯微鏡觀察其金相組織。

如圖1所示，由電弧引導(dǎo)激光進(jìn)行焊接，第一束電弧通過(guò)噴射過(guò)渡進(jìn)行焊接，與此同時(shí)，第二束(第三束)短脈沖激光(脈沖能量2 J，脈沖寬度10 ns)直接作用在高溫的熔池表面，熔池表層吸收激光束能量后汽化電離形成沖擊波，利用脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊波(激光峰值功率密度達(dá)到1×1012～1×1013W/cm2)對(duì)固液共存的高溫熔池鍛造區(qū)進(jìn)行激光沖擊鍛打。電弧焊工藝參數(shù)與激光鍛造參數(shù)相互約束與協(xié)同，通過(guò)電弧與激光束兩者或三者在熔池內(nèi)的協(xié)同作用，直至焊接完成。

圖1 激光鍛造電弧復(fù)合焊示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 電弧焊對(duì)氣孔的影響

焊接電流和電弧電壓是影響焊縫成形的重要因素。單層單道電弧焊焊道表面形貌如圖2所示。當(dāng)未加激光時(shí)，電弧焊會(huì)產(chǎn)生較多的氣孔、裂紋和未熔合。根據(jù)焊接工件的長(zhǎng)為150 mm，設(shè)置初始速度為140 mm/min，電弧電壓和焊接電流分別為35 V和90 A，焊道表面形貌如圖2a所示。由于速度過(guò)快，電弧電壓及焊接電流過(guò)小，產(chǎn)生了焊道不連續(xù)現(xiàn)象，并產(chǎn)生較多飛濺，因此在減小焊接速度的同時(shí)，微調(diào)電流和電壓，當(dāng)焊接速度為132 mm/min，電流和電壓分別為108 A和40 V，焊道表面形貌如圖2b所示，與圖2a對(duì)比，焊道表面完整平滑，但仍會(huì)有氣孔出現(xiàn)。保持焊接速度和電弧電壓不變，再次增大焊接電流時(shí)，焊道表面形貌如圖2c所示，雖然出現(xiàn)氣孔較小，但氣孔增多并且產(chǎn)生凹坑，由于電流過(guò)大形成堆焊，導(dǎo)致焊道表面過(guò)高，而且會(huì)產(chǎn)生焊瘤。

圖2 單層單道電弧焊焊道表面形貌

因此單一的電弧焊最佳工藝參數(shù)為焊接電流108 A，電弧電壓40 V，焊接速度為132 mm/min，焊接電流和電弧電壓曲線如圖3和圖4所示。雖然表面平滑，但單一的電弧焊沒(méi)有解決氣孔及裂紋缺陷問(wèn)題。

圖3 電弧焊焊接電流曲線

圖4 電弧焊電弧電壓曲線

2.2 單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊對(duì)氣孔的影響

未加激光的電弧焊都存在氣孔及未熔合缺陷，因此激光鍛造電弧復(fù)合焊改善了電弧焊的缺陷，為復(fù)合焊的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)電弧焊試驗(yàn)可以得出單一的電弧焊修復(fù)存在一定的缺陷，包括氣孔、裂紋及未熔合，因此在電弧焊的基礎(chǔ)上增加一束脈沖激光束，由電弧引導(dǎo)，試驗(yàn)前調(diào)節(jié)聚焦鏡片，激光光源距離焊槍水平距離3 mm。調(diào)節(jié)激光波長(zhǎng)為532 nm，能量為500 mJ，頻率為10 Hz。采用打磨機(jī)對(duì)待焊母材正背面兩側(cè)各20 mm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨，去除鐵銹、有機(jī)物及雜質(zhì)，再用丙酮清洗表面的氧化膜。在同一熔池內(nèi)進(jìn)行單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊修復(fù)，對(duì)修復(fù)焊縫進(jìn)行硬度、殘余應(yīng)力、3D形貌和微觀組織檢測(cè)。

焊接速度不變情況下，焊接電流和電弧電壓為108 A和40 V，分別采用電弧焊和激光鍛造電弧復(fù)合焊兩種焊接方法對(duì)焊縫進(jìn)行修復(fù)，從圖5中可以看出，在相同焊接電流、電弧電壓和焊接速度時(shí)，電弧焊的焊道表面存在很多氣孔(圖5a)。而在相同參數(shù)下，激光鍛造電弧復(fù)合焊的焊道表面接近平滑(圖5b)，兩個(gè)截面形貌也可以說(shuō)明激光與電弧相互耦合，起到了減少氣孔的作用。

圖5 單層單道焊道形貌對(duì)比

采用型號(hào)為Olympus4100的激光共聚焦顯微鏡分別對(duì)電弧焊和單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊橫截面的氣孔進(jìn)行3D形貌測(cè)量，圖6和圖7為兩種焊接方法的氣孔深度3D形貌測(cè)量，通過(guò)上下移動(dòng)紅線，下方會(huì)顯示氣孔的長(zhǎng)度、寬度和高度，經(jīng)過(guò)測(cè)量每個(gè)氣孔的大小和深度后，電弧焊和單光束激光鍛造復(fù)合焊均產(chǎn)生兩個(gè)氣孔，氣孔大小及深度均保持一致。氣孔的深度通過(guò)激光共聚焦顯微鏡拍攝并用LEXT軟件可以測(cè)出深度，電弧焊兩個(gè)氣孔深度分別為309.093 μm和235.469 μm，從顏色也可以清晰看出電弧焊氣孔較深，而激光鍛造復(fù)合焊的氣孔深度僅為116.181 μm和45.813 μm，大小和深度均在減小，由于激光束和電弧的熱力耦合作用，利用自身的力效應(yīng)，增大了殘余壓應(yīng)力。雖然單光束激光鍛造復(fù)合焊可以減小氣孔的大小和深度，但由于能量較小而不能完全抑制氣孔的產(chǎn)生。

圖6 電弧焊氣孔深度

圖7 單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊氣孔深度

2.3 雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊對(duì)氣孔的影響

為了更好地進(jìn)行復(fù)合焊修復(fù)試驗(yàn)，增加激光能量的輸入，加入第二束激光束，形成雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊修復(fù)試驗(yàn)，在工件的兩側(cè)均加入一束脈沖激光，形成軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，也避免了熔池傾向一側(cè)的情況，增加了復(fù)合焊修復(fù)的穩(wěn)定性。

通過(guò)單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊修復(fù)試驗(yàn)可以看出，焊縫處的余高較高，余高過(guò)高會(huì)對(duì)焊趾產(chǎn)生應(yīng)力集中，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，將初始焊接電流和電弧電壓設(shè)置為10 A和20 V，焊接速度為135 mm/min，第二束激光同樣設(shè)置為激光波長(zhǎng)532 nm，能量500 mJ，脈沖寬度10 Hz，兩光束對(duì)稱設(shè)置，兩個(gè)導(dǎo)光臂角度相同，激光光源分別重合于熔池內(nèi)部。從圖8可以看出，設(shè)置大電流焊絲頂部會(huì)產(chǎn)生焊瘤，因此在焊道末端會(huì)產(chǎn)生孔洞和焊瘤，而調(diào)節(jié)到小的電流和電壓，焊絲無(wú)殘留焊渣，在減小余高的同時(shí)，也減小了焊接變形和飛濺。從圖9和圖10可以看出，通過(guò)加入激光沖擊鍛打，無(wú)論是單光束沖擊鍛打還是雙光束沖擊鍛打所需的電弧電壓和焊接電流都比電弧焊時(shí)小，并且加入雙光束鍛造的焊接電流和電弧電壓最小，焊接電流和電弧電壓范圍在60～78 A和28～43 V，電弧焊和單光束激光鍛造復(fù)合焊電弧電壓相差不大，焊接電流減小至電弧焊的二分之一。

圖8 焊絲端部

圖9 復(fù)合焊工作電流

圖10 復(fù)合焊工作電壓

圖11為同一雙光束激光參數(shù)相同時(shí)，僅改變電流和電壓值，采用激光共聚焦顯微鏡拍攝焊道的橫截面，并測(cè)量余高最頂部與兩端焊趾連線的中點(diǎn)之間距離。圖11a為焊接電流和電弧電壓平均值分別為108.75 A和40.15 V，余高為4.617 mm；圖11b為焊接電流和電弧電壓平均值分別為70.25 A和33.58 V，即圖9和圖10的平均值，余高為3.073 mm，由此可看出，隨著焊接電流與電弧電壓的減小，余高也逐漸減小。

圖11 不同電流和電壓余高形貌

焊接速度為135 mm/min，焊接電流和電弧電壓分別為70.25 A和33.58 V，研究雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊對(duì)焊縫成形的影響，通過(guò)比較電弧焊、單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊和雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊三者的3D形貌、硬度、殘余應(yīng)力和金相組織分析雙光束焊接的優(yōu)劣勢(shì)。3種焊接修復(fù)方式的焊道表面和截面形貌如圖12所示。

圖12 3種焊接修復(fù)的焊道形貌

從圖13的3種焊接方法氣孔高度形貌可以看出，電弧焊產(chǎn)生的氣孔即多又深，兩個(gè)較深氣孔分別為221.526 μm和240.007 μm，而加了單光束的電弧復(fù)合焊減少氣孔的產(chǎn)生，但不能完全抑制氣孔，產(chǎn)生了小氣孔，最大深度僅為140.131 μm，氣孔大小和深度都減小，而同一參數(shù)下，雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊無(wú)氣孔產(chǎn)生，可以完全抑制氣孔的出現(xiàn)，焊縫表面光滑平整。

圖13 截面氣孔高度形貌

為了證明雙光束焊效果，將電流改成大電流，即焊接電流和電弧電壓平均值分別為108.75 A和40.15 V。將電弧焊與雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊進(jìn)行對(duì)比分析，截面形貌如圖14所示。從圖14可以看出，電弧焊氣孔較多，而雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊完全抑制了氣孔產(chǎn)生，焊縫截面平滑完整。由于拋光之后的表面形貌熔合線不是非常清晰，因此采用4%的硝酸酒精溶液對(duì)表面進(jìn)行腐蝕，腐蝕后的截面形貌如圖15所示，可以清晰地看出焊縫區(qū)、熔合區(qū)及熱影響區(qū)。

圖14 雙光束復(fù)合電弧焊截面形貌

圖15 截面腐蝕后形貌

圖16～圖18分別為電弧焊、單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊以及雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊分別在焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)硬度測(cè)試曲線。從圖中可以看出，無(wú)論是焊縫區(qū)還是熱影響區(qū)、母材區(qū)，雙光束鍛造復(fù)合焊的效果是最佳的，平均值分別達(dá)到843.8 HV，278.9 HV和277.1 HV，與電弧焊相比，增長(zhǎng)了13%，10.6%和8.6%。因?yàn)殡p光束激光光源直接與焊縫區(qū)直接接觸，焊縫的熔合區(qū)是焊絲與母材的結(jié)合，因此需要更高的力學(xué)性能，焊絲同為高硬度耐磨焊絲，因此焊縫區(qū)硬度較高，而熱影響區(qū)和母材區(qū)是間接影響區(qū)，試樣由外向內(nèi)傳遞熱量，該試驗(yàn)是兩種力效應(yīng)與熱源的耦合，因此熱影響區(qū)硬度差異小，因此3種焊接方法對(duì)母材區(qū)的硬度影響較小。

圖16 焊縫區(qū)硬度測(cè)試曲線

圖17 熱影響區(qū)硬度測(cè)試曲線

圖18 母材區(qū)硬度測(cè)試曲線

圖19為3種焊接方法殘余應(yīng)力平均值曲線，從圖中可以看出，3種焊接方法均為殘余壓應(yīng)力，雙光束的激光鍛造電弧復(fù)合焊殘余壓應(yīng)力最大。通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察截面金相組織，從圖20可以看出，電弧焊晶粒較大，并且處于疊加狀態(tài)，無(wú)清晰的晶界線，加入激光光束后，晶粒在部分區(qū)域變小，由于能量不足，鍛打不完全，雙光束激光鍛造的金相組織使得大部分區(qū)域晶粒變小，并且顆粒比較均勻，可以看到清晰的晶界線，與殘余應(yīng)力相互對(duì)應(yīng)，也證明了激光鍛造可以增加焊縫的殘余壓應(yīng)力，細(xì)化晶粒，增加其力學(xué)性能。

圖19 殘余應(yīng)力測(cè)試曲線

圖20 焊縫金相組織

2.4 雙光束激光波長(zhǎng)對(duì)焊縫氣孔影響

從上述試驗(yàn)中可以得出，雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊效果最佳，但激光波長(zhǎng)也會(huì)影響焊縫成形，其他工藝參數(shù)均保持一致，兩種波長(zhǎng)截面形貌如圖21和圖22所示。

圖21 波長(zhǎng)532 nm截面形貌

圖22 波長(zhǎng)1 064 nm截面形貌

從圖21和圖22可以發(fā)現(xiàn)，波長(zhǎng)532 nm的光束比波長(zhǎng)1 064 nm光束熔合的更好，這是由于波長(zhǎng)1 064 nm吸收率好，能量不足導(dǎo)致產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，而電弧的熔池可以更好地吸收波長(zhǎng)532 nm的能量，因此反射的能量減少，激光沖擊鍛打的效果變得更好。但兩種波長(zhǎng)都完全抑制氣孔產(chǎn)生，這是由于增加了激光能量，對(duì)熔池的沖擊鍛打能力增強(qiáng)，增加殘余壓應(yīng)力使焊絲與母材貼合緊密，形成一個(gè)光滑又完整的平面。

綜上所述，雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊修復(fù)產(chǎn)生很好的抑制氣孔的效果，但未熔合現(xiàn)象還需繼續(xù)研究。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)電弧焊試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焊接電流和電弧電壓較大，焊接電流為108 A，電弧電壓為40 V，熱輸入較高，產(chǎn)生許多氣孔、裂紋及未熔合等缺陷，焊接變形較大。

(2)單光束激光鍛造電弧復(fù)合焊經(jīng)過(guò)熱力耦合作用，在電流和電壓值不變情況下，可以一次性焊接寬4 mm、深5 mm的焊縫，進(jìn)一步增加了焊縫的熔深和熔寬，并且減少了氣孔的大小和數(shù)量。

(3)雙光束激光鍛造電弧復(fù)合焊通過(guò)兩種力效應(yīng)和電弧的耦合，進(jìn)一步減小焊接電流和電弧電壓，平均值分別為70.25 A和33.58 V，減少熱輸入和焊接變形，可以抑制氣孔的產(chǎn)生，但還有未熔合現(xiàn)象。該項(xiàng)試驗(yàn)也研究了激光波長(zhǎng)對(duì)焊縫成形的影響，當(dāng)兩束激光波長(zhǎng)均為532 nm，激光能量500 mJ，頻率為10 Hz，焊道成形和力學(xué)性能最佳。