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來自蘭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電壓的變異系數（Cv），定量評估了激光-GMAW復合焊接（LAHW）過程中電弧穩定性，突破了傳統僅依賴熔滴過渡頻率和臨界尺寸的評價局限。研究構建了激光誘導金屬蒸氣反作用力的理論模型，并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作用范圍界定。結合高速攝影與示波器進行過程分析，明確了激光-電弧軸向距離（DLA）對熔滴行為與電弧穩定性的調控機制，為鎳基合金的高質量焊接提供了新的過程監測方法與工藝優化理論依據。

本研究通過實驗與理論分析，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穩定投射過渡。高速攝像分析顯示，DLA過小或過大會導致熔滴過渡不穩定、飛濺增多。該研究為鎳基合金LAHW工藝的優化提供了重要依據，推動了其在高端裝備制造中的應用。

如圖1所示，隨著DLA增大，電流與電壓的變異系數（Cv）先降后升，并在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系數Cv。

如圖2所示，當DLA為0 mm和1 mm時，電信號循環圖波動顯著，存在離散點；DLA為2-3mm時，曲線集中且穩定；而DLA增至4-5mm后，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0 mm時達到最大值0.04 N，顯著影響電弧與熔滴穩定性；當DLA增至2  mm時，FD接近零，其對熔滴過渡的干擾基本消失。該結果從力學角度解釋了DLA過小時工藝不穩定的原因。

圖3. DLA與金屬蒸汽反沖力之間的關系。

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

圖4. 不同DLA下熔滴過渡行為的示意圖。

圖5可以得出，飛濺數量隨DLA增大呈先降后升趨勢：DLA為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；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復合焊接穩定性的影響機制，通過多模態分析方法為鎳基合金材料的高質量焊接提供了重要理論依據與工藝指導，得到了下列結論：

(1)通過電信號變異系數Cv和高速攝影發現，DLA在2–3 mm范圍內電弧穩定性最佳，電流電壓波動最小，熔滴實現穩定投射過渡，飛濺極少。而DLA小于1 mm以及大于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，其對熔滴過渡的干擾基本消失，從力學角度完整解釋了不同DLA下的工藝穩定性差異。