Page 98 - 结构装备施工技术分析与研究

结构装备施工技术分析与研究
Analysis and Research on Construction Technology of Structural Equipment

2. 结果与讨论
（1）焊接参数对焊缝成形特征的影响
本试验采用正面和背面熔宽来评价焊缝成形和熔透程度，对不同焊接参数下的熔
宽变化讨论分析。焊缝背宽比 R=Wb/Wf，其中 Wb 为背面熔宽，Wf 为正面熔宽，未
熔透时背面熔宽记为 0。焊缝背宽比可以表征不同焊接参数下的熔透性和热源与试件

作用的强弱，同时也可以反映熔透性匙孔的稳定性。
在激光功率 P=1400W、离焦量 Z=+1mm、焊接速度 V=1m/min、送丝速度
Vf=1.5m/min、光丝间距 d=1mm、保护气流量 L=20L/min 时进行焊接。未施加超声的

焊接试样背部未熔透，且焊缝成形不良，而超声辅助下的焊丝的稳定铺展能力更强，
焊缝正面鱼鳞纹更加细腻，焊缝背面连续光滑，呈现均匀熔透特征，可以得到良好的
单面焊双面成型效果。在激光焊接过程中，铝合金急剧蒸发，金属蒸气将熔融的液态
金属排开形成匙孔，匙孔的深度直接决定了焊缝熔深。未施加超声辅助时，匙孔依靠

金属蒸气反作用力与熔融金属重力和表面张力的动态平衡来维持，达到平衡状态时还
不足以实现熔透焊接，故激光填丝焊接时背面熔宽为 0。施加超声辅助后，一方面，
熔融金属在超声作用下产生声流效应，熔池上下层之间形成层间压力，熔池上层的高

温液态金属向下流动。熔池中的温度更加均匀，熔池底部受到的冲刷作用增强。另一
方面，超声在熔池中传播时，需要克服熔融金属的黏滞力做功，超声衰减的能量转化
为热量，提高了焊接热输入量。二者共同作用延长了熔池边缘的高温停留时间，增加
了母材熔化量，使得焊缝熔深显著增加。
激光功率和焊接速度通过改变激光的线能量密度改变焊缝成形（V=1m/min，

Z=+1mm），随着激光功率的增加，正面熔宽、背面熔宽和背宽比都在增加，其中正
面熔宽略有增加，背面熔宽由 1mm 增加到 2.26mm。当激光功率增大到 1700W 时，
由于热输入过大焊缝表面出现了较为明显的下塌（P=1400W，Z=+1mm），随着焊接

速度的增加，正面熔宽和背面熔宽快速下降。当焊接速度为 0.5m/min 时，焊缝正面
出现较为严重的下塌。当焊接速度增大时，由于激光的线能量密度减小，焊缝冷却速
度加快，熔池高温停留时间缩短，使焊缝下塌得到改善。
离焦量通过改变工件表面的激光功率密度改变焊缝成形（P=1400W，

V=1m/min），随着离焦量的增大，焊缝正面熔宽基本不变，背面熔宽波动较大。当
离焦量为 -1mm 时，激光焦点位于母材表面以下，母材熔化量最多，背宽比最大。此
时激光能量密度最高的点位于母材内部，母材表面金属蒸发严重，焊缝表面出现下塌。
当离焦量为正离焦时，母材表面的激光能量密度减小，母材熔化量减少，焊缝背面熔

宽随之减小。
变幅杆压力通过改变超声的传入效率进而改变焊缝成形（P=1400W，V=1m/min，

• 86 •