高强度造船钢材的混合激光电弧焊 ：设备和技术外文翻译资料

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高强度造船钢材的混合激光电弧焊 ：设备和技术

摘要

混合激光电弧焊（HLAW）允许使焊接接头一次达到35mm的厚度，提供高质量的接头的形成，最小的热变形，与电弧焊相比，生产率提高10倍。 此外，对HLAW进行更换电弧焊可以节省填充材料，保护气体和消耗电力4倍以上。 因此，HLAW实际上是基础工程分支技术，特别是对造船业来说。激光与焊接技术研究所（ILWT）开发了激光和混合激光电弧焊接技术，用于不同类型的钢和合金，包括高强度造船钢。并且ILWT为HLAW流程实现生产了门户和机器人系统。在文章中描述了用于在造船中制造扁平曲线部分使用的尺寸为6times;6m的面板的混合激光 - 电弧焊接的门架系统。在发表的文章中还介绍了混合激光 - 电弧焊参数对焊接接头形成和力学性能影响的实验研究结果。 实验部分是使用门户系统制作的。

关键词：混合 激光焊接，焊接门架系统，平面和曲线截面板，高强度造船钢

1. 介绍

船舶的生产与焊接技术的使用有关，世界上大多数造船厂都在船舶建造的生产中使用电弧焊。 低功率密度和生产率，焊接材料和电力的高消耗，显着的焊接应力和变形对于电弧焊接很普遍。从而焊接工作占总船舶生产工作的约50％。 因此，在造船中实施新的高生产率焊接方法是实际的任务。

其中一种高生产率的焊接方法是混合激光电弧焊（HLAW）。HLAW由电弧和激光组件组成。 因此，HLAW拥有有高功率密度，能以高生产率深度穿透厚金属伴随最小的热输入和焊接变形。代替电弧焊接方法的HLAW的实施降低可达5倍焊接材料，保护气体和电力的消耗。

欧洲第一个关于船舶结构生产中激光焊接的研究是在1980年进行的。在造船业同意使用CO2激光焊接的统一指南是1994年使用研究结果形成的。 此后开始在世界造船业中积极使用激光焊接技术。 德国造船厂“Meyer-Wwerft”在长度为20米的邮轮板生产中采用CO2激光焊接和HLAW。“ Kvaemer Wamow Werft ”（德国罗斯托克）配备以 Nd：YAG 激光器 为基础的门户HLAW系统 。Shipyards Fincantieri （意大利），STX Finland Cruise Oy（芬兰），Odense Steel Shipyard（丹麦）配备激光和HLAW系统。 亚洲地区的先进造船国家也在造船业中开发并积极实施激光和HLAW技术。

激光与焊接技术研究所（ILWT）正在开发激光技术超过20年，包括激光焊接和HLAW以及生产门户，可移动化的并且自动化的系统，对于它们的实现要超过20年。激光和HLAW的加工已经在ILWT工作人员的研究工作中描述得非常好了。还描述了等离子体火焰形成的过程和HLAW的熔接焊池方式。研究了包括焊接样品之间的间隙和形状位置对焊缝几何形状和HLAW效率的对HLAW参数的影响。ILWT的工作人员具有HLAW钢管 X80，X100，现代高强度钢 Weldox ，铠装钢 - Armox ，耐磨钢 - Hardox，钛合金，镍合金， 铝合金 等的经验。

该出版物描述了ILWT创建的门户系统和为了造船的板材的凝聚。还描述了在造船中使用的高强度钢的对接接头，角接头和T形接头的HLAW的实验研究结果。

2． 试验程序

2.1 实验设备

高强度造船钢的HLAW在激光弧技术系统（LATS）上实现。LATS打算在内陆巡航和混合巡航游轮的系列建筑中使用尺寸达6x6 m的凝聚面板（图1）。

图1 。 激光弧技术系统（LATS）

LATS是镱光纤激光LS-16（1）的基础上产生 最大输出功率16kW和冷却装置Riedel PC400（2）.焊接逆变器EWM Taurus 551 Synergic S FDW（10）和喂料装置Taurus Synergic S Drive 4L（11）包含在LATS中。 激光电弧模块（4）提供激光和电弧能量在焊接区域的传递，由激光头HighYAG Bimo （3）和很难固定在滑架（5）上并沿着门架的顶部横梁（6）移动，速度可达10米/分钟的电弧割炬（13）组成（图2）。

图二.LATC方案

定位和移动系统由进料台（7），输送台（8）和固定设备（9）组成。焊接和 保护气体通过气体制备和分配系统（12）在激光头和焊接区域进料。 具有焊接接头监控系统（14），CCTV摄像机（15）和控制台（16）的自动控制系统控制系统的所有部件。 用于光学系统激光头安全的空气供给由压缩机站Genesis实现（17）。 通风系统 Nederman L-PAK 250（18）将焊接气溶胶从焊接区移开。

2．2焊接材料

高强度钢RS E36 的 对接接头的HLAW（表1和表2）以平缓的态势实现了200x70毫米的尺寸和7毫米，14毫米，20毫米和45毫米的厚度。 样品的焊接边缘，面和根部用角磨机的机器在距离接头10mm的宽度上进行清洁。 通过丙酮除去脂肪。 焊接样品在焊接边缘的起点和终点处被固定。 焊丝Sv-08G2S直径1.6毫米，粉末焊丝使用直径1.2毫米的动力桥60M(Pb 60M）（表1和表2）。 通过屏蔽由 Ar 和CO2 组成的比例为 80％-20％ ，气体速率为25l / min的混合物 ，可以防止加热到高温的焊接池和金属与大气气体反应 。

表1-基础材料和焊丝的化学成分

表2-基础材料和焊丝的机械性能

14mm厚的对接接头用电弧引导位置并且与热源之间的距离为3mm焊接两次。 在激光束前导位置处焊接厚度为20mm厚的对接接头在与热源之间的距离为17mm的地方用激光束引导位置进行焊接。 厚度7mm，45mm的对接接头，角接头和T型接头 用电弧引导位置并且与热源之间的距离为3mm进行焊接。

• 1. . 检查方法

所有焊缝均在视觉上照着RD 5.121-85和OST 5R.1093检查。 强度样品（GOST 6996），弯曲样品（侧面（L），表面（F）和底面（R）），简支梁测试样品（GOST 6996），中间焊缝金属（WM），熔合区和距离熔合区2mm的部分是由焊缝制成的。用于内部缺陷检查和显微硬度测试的宏观横截面是由对接接头（7 mm，14 mm，20 mm）和T型接头组成的。

2.4.检测设备

宏观横截面是由Buhler系统制作的 。 使用光学显微镜（Carl Zeiss）和宏观横截面进行内部缺陷的检查 。 显微硬度依照DIN EN ISO 14577由 Micromet 5103 在 最大负载质量500克下测量。强度测试和弯曲测试根据 DIN EN ISO 6892-1 在最大负载5H吨的情况下使用机器Z050(Zwick/Roell)创建。简支梁测试 是用最大冲击能量为450 J的冲击摆式试验机RKP-450（Zwick / Roell）进行 的。

3.实验结果

3.1. 焊缝外观

. 对接接头，角接头和T形接头由HLAW焊接。焊缝的外观已经在图三中展示出来了

d e f

图3. 焊缝的外观

a –对接对头，厚度7mm，P _L = 7kW， V _w = 25mm / sec，U = 23.8V，I = 344A，Al = 3mm;
b - 对接对头，厚度14 mm：第一次通过-P _L = 14 kW ， U = 23.4 V ， I = 320 A，Al = 3 mm; 第二次通过 - U = 23.0 V ， I = 240 A;
c - 对接接头，厚度20mm，P _L = 15kW， V _w = 12mm / sec，U = 24V，I = 352A，Al = 17mm;
d - T型接头，样品厚度7 mm和14 mm，P _L = 5 kW， V _w = 36.7 mm / sec，U = 23.8 V，I = 344 A，Al = 3 mm;
e - T型接头，样品厚度14 mm，P _L = 7.5 kW， V _w = 25 mm / sec，U = 23.7V ， I = 344A ， A1 = 3 mm;
f - 角接头，样品厚度14 mm，P _L = 14.5 kW， V _w = 25 mm / sec，U = 24.1 V，I = 332 A，Al = 3 mm.

在视觉检测中没有发现外部缺陷。焊缝的宏观横截面已经在图4中展示出来了。

图4.焊缝的宏观横截面

a – 对接接头 ，厚度7毫米; b - 对接接头，厚度14 mm; c - 对接 ，厚度20毫米; d-边缘接头，厚度45毫米（深度穿透
35毫米）; e - T型接头，样品厚度7 mm和14 mm; f - T型接头，样品厚度14 mm; g - 角接头，样品厚度14 mm

在宏观横截面的光学检查中没有检测到内部缺陷 。 来自内部的重力驱使的流动熔化金属是厚度为14mm和20mm的焊接样品的HLAW的主要问题。 该问题可以 通过使用陶瓷支撑和磁通背衬解决。 另外，问题可以通过增加激光光斑和电弧之间的距离（图4c）和使用边缘准备的两次焊接（HLAW通过和电弧焊接通过）来确定（图4b）。

3.2

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