來自蘭(lan) 州理工大學的研究人員在國際期刊“Journal of Manufacturing Processes”發表了論文“Arc instability in hybrid laser-GMAW welding process using Ni based filler wire NiCrMo-4”。

本文通過引入電流與(yu) 電壓的變異係數（Cv），定量評估了激光-GMAW複合焊接（LAHW）過程中電弧穩定性，突破了傳(chuan) 統僅(jin) 依賴熔滴過渡頻率和臨(lin) 界尺寸的評價(jia) 局限。研究構建了激光誘導金屬蒸氣反作用力的理論模型，並采用紅外測溫實驗對熔池溫度參數進行校正，實現了對該作用力的量化計算與(yu) 作用範圍界定。結合高速攝影與(yu) 示波器進行過程分析，明確了激光-電弧軸向距離（DLA）對熔滴行為(wei) 與(yu) 電弧穩定性的調控機製，為(wei) 鎳基合金的高質量焊接提供了新的過程監測方法與(yu) 工藝優(you) 化理論依據。

本研究通過實驗與(yu) 理論分析，探討了LAHW中DLA對ER-NiCrMo-4鎳基合金焊接穩定性的影響。結果表明，DLA在2~3 mm時電弧最穩定，電流電壓波動最小，熔滴過渡模式由不規則旋轉噴射轉變為(wei) 穩定投射過渡。高速攝像分析顯示，DLA過小或過大會(hui) 導致熔滴過渡不穩定、飛濺增多。該研究為(wei) 鎳基合金LAHW工藝的優(you) 化提供了重要依據，推動了其在高端裝備製造中的應用。

如圖1所示，隨著DLA增大，電流與(yu) 電壓的變異係數（Cv）先降後升，並在DLA=3 mm時同時達到最小值，表明該條件下電弧燃燒最穩定、工藝波動最小，顯示出激光與(yu) 電弧能量在特定間距下熱源耦合效果最佳。

圖1. 焊接電流和電壓的變異係數Cv。

如圖2所示，當DLA為(wei) 0 mm和1 mm時，電信號循環圖波動顯著，存在離散點；DLA為(wei) 2-3mm時，曲線集中且穩定；而DLA增至4-5mm後，散點再度增多，過程穩定性下降，表明該距離下激光-電弧耦合作用減弱。

圖2. 不同DLA的環形圖對比。

如圖3所示，金屬蒸氣反作用力（FD）隨DLA增大而減小，當DLA為(wei) 0 mm時達到最大值0.04 N，顯著影響電弧與(yu) 熔滴穩定性；當DLA增至2  mm時，FD接近零，其對熔滴過渡的幹擾基本消失。該結果從(cong) 力學角度解釋了DLA過小時工藝不穩定的原因。

圖3. DLA與(yu) 金屬蒸汽反衝(chong) 力之間的關(guan) 係。

不同光絲(si) 間距（DLA）顯著影響熔滴過渡行為(wei) ：DLA為(wei) 0-1mm時，熔滴受金屬蒸氣反作用力幹擾，熔滴過渡過程不穩定；DLA為(wei) 2-3mm時，實現穩定射流過渡，飛濺極少；DLA增至4-5mm後，耦合減弱，過渡再次失穩，出現明顯飛濺缺陷。

圖4. 不同DLA下熔滴過渡行為(wei) 的示意圖。

圖5可以得出，飛濺數量隨DLA增大呈先降後升趨勢：DLA為(wei) 0-3 mm時，飛濺顯著減少，尤其在2-3 mm區間達到最低，表明過程穩定性最優(you) ；當DLA增至4-5 mm，飛濺數量再度上升。

圖5. 不同DLA下熔滴的飛濺數量統計。

本文揭示了DLA對鎳基合金激光-GMAW複合焊接穩定性的影響機製，通過多模態分析方法為(wei) 鎳基合金材料的高質量焊接提供了重要理論依據與(yu) 工藝指導，得到了下列結論：

(1)通過電信號變異係數Cv和高速攝影發現，DLA在2–3 mm範圍內(nei) 電弧穩定性最佳，電流電壓波動最小，熔滴實現穩定投射過渡，飛濺極少。而DLA小於(yu) 1 mm以及大於(yu) 4 mm時，均出現顯著的不穩定的熔滴過渡過程和飛濺缺陷，表明激光-電弧能量耦合對過程穩定性具有決(jue) 定性作用。

(2)建立了激光誘導金屬蒸氣反作用力的理論模型，結合紅外測溫實驗進行參數校正，量化了該力隨DLA增大而衰減的規律。當DLA超過2 mm時，反作用力接近零，其對熔滴過渡的幹擾基本消失，從(cong) 力學角度完整解釋了不同DLA下的工藝穩定性差異。