鎂合金脈沖激光誘導電弧復合焊接具有焊接速度快、焊接缺陷少、焊接性能高等技術優勢。焊接過程中，激光熱源在焊接熔池中產生焊接“匙孔”，對電弧起到了顯著的誘導增強效果。圖1為激光誘導電弧復合焊接結構示意圖。

脈沖激光與電弧之間的耦合作用直接影響了鎂合金的焊接質量和效率。采用高速攝像機對電弧狀態進行分析，發現在激光作用前后，熱源等離子體狀態發生了明顯變化。在脈沖激光作用前：電弧形態與一般焊接過程類似，電弧等離子體比較松散，沿著鎢極尖端方向延伸（圖2a）；

在脈沖激光作用區間，激光在電弧熔池中形成焊接“匙孔”，熔池波動劇烈，電弧等離子體主要與復合焊接“匙孔”直接連通，等離子體明顯被壓縮至“匙孔”附近，形成電弧鎢極與焊接“匙孔”間的禍合放電(圖2b)，電弧亮度及能量密度均顯著提高；

當脈沖激光作用消失后可以發現，“匙孔”出口在激光脈沖作用結束后并未立刻閉合(圖2c)，而是持續存在大約7.0一10.0ms，即發生了“匙孔”的延遲閉合現象。

這主要是由于電弧與“匙孔”產生禍合放電，為“匙孔”提供了足夠的高溫氣體，對“匙孔”側壁及底部產生壓力，維持“匙孔”打開狀態，“匙孔”延遲閉合誘導焊接電弧持續壓縮，增強了熱源整體作用效果。

從上述結果可以發現，伴隨著耦合放電發生，通過激光的脈沖作用改變電弧等離子體的放電狀態，提高電弧等離子體的能量密度，以及激光誘導電弧復合熱源的穿透能力和制造效率。激光脈沖作用消失后，耦合放電的延遲效應使激光對電弧等離子體的增強效果仍可持續一定時間。

采用脈沖激光誘導電弧復合焊及電弧焊方法進行6mm鎂合金板材焊接，焊接接頭橫截而如圖3所示。焊接參數為:焊接速度v=1m/min，激光能量P=500W，電弧電流 I =120A(交流)，激光作用點與電弧鎢極間距D1a=2.0mm，用于對比試驗的單電弧焊接速度為0.6m/min。從圖中可以發現，激光誘導電弧復合焊接鎂合金熔深約是電弧焊的3倍。

2  鎂合金激光誘導電弧復合焊接技術及裝備

采用低功率激光誘導電弧復合焊接方法，實現3mm厚AZ61鎂合金板材的高效、高性能焊接制造，激光誘導電弧復合焊接速度達到6m/min鎂合金板材焊接接頭如圖4所示，可見板材未發生明顯橫向和縱向變形，焊縫正而、背而成形連續均勻，說明在此高速焊接條件下熱源也具有足夠的穿透能力。

圖5為AZ61鎂合金激光誘導電弧復合熱源焊接接頭的微觀組織。由圖中可以看出，焊縫內部未出現氣孔、夾雜以及宏觀裂紋，鎂合金母材的晶粒尺度為40-50微米；熱影響區寬度約為250微米，熱影響區晶粒相比于母材未見明顯長大；

焊縫區的掃描電鏡照片顯示焊縫的晶粒尺度為5一16微米，晶界處發現了析出的金屬間化合物對焊接接頭進行了拉伸強度測試，測試結果顯示試件在母材和焊縫區域均可發生斷裂，表明焊縫的拉伸強度與母材相當。

T型結構件的穿透焊接技術已在飛機制造領域得到廣泛應用。采用低功率激光誘導電弧復合焊接方法，實現了2mm鎂合金板材的穿透焊接，接頭形貌如圖6所示(參數:激光功率300W，電弧電流100A，焊接速度1m/min，送絲速度1875mm/min)。

T型結構件壁板和筋板之間熔合良好，未見明顯缺陷。表1給出了對接板材及T型結構件電弧焊及激光誘導電弧復合焊的制造效率及焊接能耗(計算時考慮了激光加工設備及冷卻系統的整體能耗)。

可以發現，采用激光誘導電弧復合焊方法可以在顯著提高焊接制造效率的同時降低單位長度的焊接能耗，對于發展鎂合金的綠色焊接制造技術起到了積極的促進作用。

以上述激光誘導電弧復合焊接技術為基礎開發出成套低能耗激光一電弧復合焊接裝備，采用該成套裝備實現了國內首個鎂合金整理箱高效高性能焊接制造，如圖7所示。

3  鎂合金活性焊接/補焊技術

活性焊接是采用活性劑材料增強電弧的一種焊接方法。通過深入研究電弧熱源與焊接材料作用的物理機制，在傳統活性焊接的基礎上，將活性材料與焊絲有機結合，形成了一種基于活性焊絲的新型活性焊接方法，其原理如圖8所示。

研究發現，活性劑涂覆在焊絲表而時，活性劑中金屬元素與非金屬元素將對電弧形成“電離增強效應;以鎂合金為研究對象，通過揭示活性劑中低電離能金屬元素的電離以及非金屬元素對電子的吸附作用，使鎂合金活性焊接電弧能量密度提高8一10倍，實現了活性焊接從“板材涂覆活性焊”向“焊絲涂覆活性焊”的轉變，與單電弧焊接相比，該技術焊接熔深可增加1-3倍(圖9)，焊接效率提高3-5倍，焊接能耗為相同條件下電弧焊接的40%-50%。

3  結論

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