为了研究保护气体流量对复合焊接接头形貌及熔滴过渡的影响, 采用5mm厚的高强钢板材进行了激光电弧复合焊接试验的理论分析和实验验证, 获得了不同气流量下的焊缝形貌以及焊接过程中电弧和熔滴图像。结果表明, 随着保护气体流量的增大, 焊接熔深先增大后减小;当保护气体流量在25L/min, 焊接熔深达到最大; 且焊缝的铺展性较好, 飞溅较少; 保护气体流量通过影响熔滴过渡的形式, 对熔滴过渡频率产生影响; 随着气流量的增大, 熔滴过渡频率减小, 且在25L/min时, 熔滴过渡频率较稳定; 采用FLUENT软件对气流量进行数值模拟, 气流量越大, 保护气体流速越大, 在工件表面的作用面积减小。该研究结果为实际工程应用中选择保护气体流量制备高质量的焊缝奠定了基础。

以5.0 mm厚高强钢板为试验材料, 进行了CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴形态的变化以及过渡模式, 并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像, 通过试验深入研究激光功率与电弧功率匹配对复合焊接过程中焊接稳定性、焊缝形貌、熔滴形态以及过渡模式的影响。研究表明, 当电流为200 A, 电压27 V时, 激光功率变化过程中, 熔滴过渡处于射流过渡状态, 焊缝表面形貌较好, 焊缝平滑连续, 没有明显缺陷; 其他参数不变, 随着激光功率增大焊缝熔深增大, 随着电弧电压与电流增大熔宽增大; 当I＝180 A, U＝26 V时, 电弧弧柱面积增大, 激光对电弧吸引作用增强, 促使熔滴过渡比较稳定, 使熔滴作用点与激光作用点完全重合。

采用预置法向高强钢复合焊接焊缝中过渡氧化铈, 研究了焊接接头拉伸、冲击性能及显微硬度。结果表明, 向焊缝中过渡氧化铈可显著提高焊接接头的抗拉强度, 当焊缝中氧化铈含量在0.03%～0.12%时, 焊缝具有较好的抗拉强度, 氧化铈含量增加至0.15%时抗拉强度明显减小; 冲击功随氧化铈含量的增加呈先增后减的变化趋势, 当氧化铈含量为0.06%时, 焊缝和热影响区的冲击功值最大, 提高幅度约为1.0倍和0.8倍, 焊缝金属的冲击性能得到了明显改善, 拉伸与冲击断口均为脆韧混合断裂模式。焊缝和热影响区的显微硬度值较高, 热影响区与基体之间出现了显微硬度值低于基体的回火软化区, 该区域宽度约0.9 mm, 为焊接接头中的最薄弱环节, 在组织和相成分不同的两个区域中间存在过渡区, 其宽度在0.1～0.3 mm之间, 充分体现了焊接接头的组织、相成分、力学性能呈梯度分布的特征。