中国激光, 2018, 45 (8): 0802007, 网络出版: 2018-08-11  

自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊参数对熔滴过渡的影响 下载: 622次

Influences of Laser-Arc Hybrid Surfacing Parameters with Self-Shielded Flux-Cored Wire on Droplet Transition
作者单位
1 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨焊接研究院有限公司研发中心, 黑龙江 哈尔滨 150028
图 & 表

图 1. 堆焊和采集系统

Fig. 1. Surfacing and collecting system

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图 2. 光丝位置和夹角的示意图

Fig. 2. Schematic of laser-arc position and angle

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图 3. 电弧堆焊和复合堆焊的结果。(a)电压概率密度分布图;(b)电流概率密度分布图

Fig. 3. Results of arc surfacing and hybrid surfacing. (a) Distributions of voltage probability density; (b) distributions of current probability density

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图 4. 熔滴图。(a) d=1 mm;(b) d=2 mm;(c) d=3 mm;(d)电弧堆焊

Fig. 4. Images of droplets. (a) d=1 mm; (b) d=2 mm; (c) d=3 mm; (d) arc surfacing

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图 5. α=30°时电弧堆焊的熔滴过渡图

Fig. 5. Images of droplet transition in arc surfacing when α=30°

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图 6. α=30°时复合堆焊的熔滴过渡图

Fig. 6. Images of droplet transition in hybrid surfacing when α=30°

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图 7. α=65°时电弧堆焊的熔滴过渡图

Fig. 7. Images of droplet transition in arc surfacing when α=65°

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图 8. α=65°时复合堆焊的熔滴过渡图

Fig. 8. Images of droplet transition in hybrid surfacing when α=65°

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图 9. 激光前置且DLA=0 mm时的熔滴过渡图

Fig. 9. Images of droplet transition when laser is prepositioned and DLA=0 mm

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图 10. 激光前置且DLA=-2 mm时的熔滴过渡图

Fig. 10. Images of droplet transition when laser is prepositioned and DLA=-2 mm

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图 11. 激光前置且DLA=-4 mm时的熔滴过渡图

Fig. 11. Images of droplet transition when laser is prepositioned and DLA=-4 mm

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图 12. 激光后置且DLA=0 mm时的熔滴过渡图

Fig. 12. Images of droplet transition when laser is postpositioned and DLA=0 mm

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图 13. 激光后置且DLA=-2 mm时的熔滴过渡图

Fig. 13. Images of droplet transition when laser is postpositioned and DLA=-2 mm

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图 14. 激光后置且DLA=-4 mm时的熔滴过渡图

Fig. 14. Images of droplet transition when laser is postpositioned and DLA=-4 mm

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图 15. 激光前置且DLA=+2 mm时的熔滴过渡图

Fig. 15. Images of droplet transition when laser is prepositioned and DLA=+2 mm

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图 16. 激光前置且DLA=+4 mm时的熔滴过渡图

Fig. 16. Images of droplet transition when laser is prepositioned and DLA=+4 mm

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图 17. 激光前置且DLA=+8 mm时的熔滴过渡图

Fig. 17. Images of droplet transition when laser is prepositioned and DLA=+8 mm

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图 18. 激光后置且DLA=+2 mm时的熔滴过渡图

Fig. 18. Images of droplet transition when laser is postpositioned and DLA=+2 mm

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图 19. 激光后置且DLA=+4 mm时的熔滴过渡图

Fig. 19. Images of droplet transition when laser is postpositioned and DLA=+4 mm

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图 20. 激光后置且DLA=+8 mm时的熔滴过渡图

Fig. 20. Images of droplet transition when laser is postpositioned and DLA=+8 mm

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图 21. 高速摄像图。(a)复合堆焊;(b)电弧堆焊

Fig. 21. High speed camera figures. (a) Hybrid surfacing; (b) arc surfacing

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图 22. 实芯焊丝复合堆焊的高速摄像图

Fig. 22. High speed camera figure of hybrid surfacing with solid wire

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图 23. 自保护药芯焊丝焊接的高速摄像图。(a)电弧堆焊;(b)复合堆焊

Fig. 23. High speed camera figures of surfacing with self-shielded flux-cored wire. (a) Arc surfacing; (b) hybrid surfacing

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表 1试验方案

Table1. Experimental scheme

ExperimentNo.Anglebetweenlaser andarc a /(°)Spotdiameterd /mmDistancebetweenlaser andarc DLA /mmPositionrelationbetweenlaserand arcLaserpowerPL /kWWireextensionlengthL /mmWeldingvoltageU /VWeldingcurrentI /AWeldingspeedv /(m·min-1)
1301,2,30Laser preposition2.025262200.6
230, 6520Laser preposition2.025262200.6
3302-4, -2, 0,+2, +4, +8Laser preposition,laser postposition2.025262200.6
4302-2, 0,+2,Laser preposition1.0, 2.0,4.025262200.6

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表 2光丝夹角参数表

Table2. Parameter table of laser-arc angle

ParameterArcHybrid surfacingArcHybrid surfacing
Angle between laser incidence direction and normal direction θ /(°)-13-13
Angle between wire feed direction and normal direction β /(°)17175252
Angel between laser and wire α /(°)-30-65

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表 3电弧堆焊和复合堆焊的电弧电参数

Table3. Electric arc parameters of arc surfacing and hybrid surfacing

Surfacing heatsource modeAveragearc voltageU /VStandarddeviationof arcvoltageS(U) /VVariationcoefficient ofarc voltagek(U) /%AveragearccurrentI /AStandarddeviationof arccurrentS(I) /AVariationcoefficientof arccurrentk(I) /%
d=1 mm23.831.365.69193.4225.5213.20
Hybridsurfacingd=2 mm23.941.305.42184.4522.7712.34
d=3 mm24.101.727.14156.5333.8421.62
Arc surfacing23.611.516.39217.9929.6713.61

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表 4α=30°时电弧堆焊和复合堆焊的电弧电参数

Table4. Electric arcparameters of arc surfacing and hybrid surfacing when α=30°

Surfacing heatsource modeAverage arcvoltageU /VStandarddeviation of arcvoltage S(U) /VVariationcoefficient ofarc voltagek(U) /%Average arccurrent I /AStandarddeviation ofarc currentS(I) /AVariationcoefficient ofarc currentk(I) /%
Hybrid surfacing23.731.426.00204.8025.5512.47
Arc surfacing23.401.647.01238.5534.6514.52

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表 5不同光丝位置的电弧熔滴参数

Table5. Arc droplet parameters at different laser-arc positions

Distancebetweenlaser andarc DLA /mmPositionbetweenlaser and arcTotal framesof samplingimage FZ /frameTotal framesof arc biasedtoward laserpoint F1 /frameProportionof arcbiased towardlaser point /%Number ofdroplettransitions /countsAverageframe ofdroplettransition /frameAveragedroplet transfercycle T /ms
+8Laser preposition543250698679170
+8Laser postposition54322052387776194
+4Laser preposition56365431968704176
+4Laser postposition57035444967814204
+2Laser preposition590859011006985246
+2Laser postposition5364536410051073268
0Laser preposition577153109212480120
0Laser postposition543313802511493124
-2Laser preposition522850929710523131
-2Laser postposition53643879727766192
-4Laser preposition53645297991438396
-4Laser postposition55005123938687172

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表 6不同光丝位置的焊道成形

Table6. Weld formation at different laser-arc positions

Surfacing heat source modeImage of cross sectionof welding beadWeld penetrationh /mmBead appearanceparameter Y
Arc surfacing1.900.24
Distance between laser andarc DLA=-2 mm1.000.27
Laser in frontDistance between laser andarc DLA=+4 mm1.880.20
Distance between laser andarc DLA=-2 mm1.200.28
Laser behindDistance between laser andarc DLA=+4 mm3.200.25

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表 7电弧堆焊的熔滴过渡特征

Table7. Characteristics of droplet transition in arc surfacing

ParameterImage of droplet transitionMode of droplet transitionAverage droplet transfer cycle T /ms
ContentRepelled transfer180

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表 8复合堆焊的熔滴过渡特征

Table8. Characteristics of droplet transition in hybrid surfacing

Laser powerPL /kWDLA=-2 mmDLA=0 mmDLA=+2 mm
ImageModeT /msImageModeT /msImageModeT /ms
1.0Repelledtransfer161Repelledtransfer113Repelledtransfer215
2.0Repelledtransfer125Repelledtransfer143Repelledtransfer285
4.0Explosivetransfer65Explosivetransfer116Repelledtransfer218

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刘西洋, 孙凤莲, 王君宇, 赵御民. 自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊参数对熔滴过渡的影响[J]. 中国激光, 2018, 45(8): 0802007. Liu Xiyang, Sun Fenglian, Wang Junyu, Zhao Yumin. Influences of Laser-Arc Hybrid Surfacing Parameters with Self-Shielded Flux-Cored Wire on Droplet Transition[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(8): 0802007.

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