激光与电弧协同效应对铝合金激光-电弧复合焊接的影响

摘要： 研究人员普遍认为，激光与电弧的协同效应使激光-电弧复合焊接在铝合金焊接中能获得显著的效率和质量优势。然而，该协同效应物理本质对焊接过程的影响尚不明确。本研究通过复合等离子体羽流的光谱分析和焊接过程的高速摄影分析，揭示了协同效应的基本原理及其对焊接过程的影响。首先，协同效应的原理是激光与电弧相互作用促使电子能级跃迁，该过程发射更多光子从而增强对焊材的热输入。通过光谱强度可量化协同效应——其随激光功率增大而增强，随电弧电流和激光-电弧间距增大而减弱，且与焊缝截面积（尤其是上部）成正比，有利于提高焊接能量利用率。其次，激光-电弧复合焊接的飞溅量显著少于单纯电弧焊接。协同效应产生的更大熔池、向下熔流及减小的熔滴转移力，使转移熔滴更易被熔池吸收，从而稳定转移过程并减少飞溅产生。研究成果有助于理解复合焊接机理并优化焊接工艺。