[發明專利]激光－超小電流GMA復合熱源焊接方法

無效

• 申請號: 200810222138.0
• 申請日: 2008-09-10
• 公開（公告）號: CN101347870A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 林尚揚;王威;王旭友;雷振;秦國梁;杜兵;卜大川
• 申請（專利權）人: 機械科學研究院哈爾濱焊接研究所
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司
• 代理人: 李乃選

技術領域

本發明提出的激光-超小電流GMA復合熱源焊接方法，屬于激光-電弧復合熱源焊接技術領域，特別涉及到激光一超小電流GMA復合熱源焊接超低變形的薄板金屬材料。

技術背景

鋁合金、不銹鋼、碳鋼薄板的焊接變形控制技術是焊接領域的技術難題之一。焊接變形與材料、焊接方法、焊接工藝等因素有關。采用常規GMA焊接鋁合金、不銹鋼等薄板材料的主要問題之一就是焊接接頭變形量大。從焊接工藝角度考慮，降低熱輸入量(線能量)是減少焊接接頭變形量的有效方法之一。在相同的焊接速度下，焊接電流越小，接頭變形量越小。但是隨著焊接電流減小，焊縫熔深也相應減小，當焊接電流減小到一定程度時例如15A～30A，甚至無法形成連續的焊縫，更談不上焊接了。因此對于常規GMA來說，為了保證焊接接頭的可靠性、獲得具有一定深度熔深，就不能采用太小的電流，這也就限制了焊接接頭變形量的進一步降低。

最近發展了激光-電弧的復合熱源焊接方法，這種復合熱源也因電弧電流比較大，對超薄金屬的焊接仍不能完全解決其焊接接頭的變形問題。

發明內容：

為了克服背景技術中超薄金屬板的焊接接頭的變形大的難題，本發明提供一種新的激光-超小電流GMA復合熱源焊接方法，該方法能獲得金屬薄板的優質、超低變形的焊接接頭。

本發明的技術方案如下：

1、一種激光-超小電流GMA復合熱源焊接方法，激光對小電流電弧有一定穩定作用，其特征在于，

1)復合熱源焊接過程中，GMA電弧5采用平均電流為15A～30A的小電流，焊接鋼材時，激光1功率大于800W，焊接鋁合金時激光1功率大于1600W；

2)GMA電弧5和激光1沿焊接方向排列，并且激光束1在前，GMA電弧5在后，光絲間距d為0mm～3mm，GMA電弧5與激光束1兩者形成的熔池應當連成一體；

3)GMA焊槍2與水平面夾角α為45～75。

2、根據本發明的一種激光-超小電流GMA復合熱源焊接方法，其特征在于，

即可以是常規混合氣體GMA電弧，也可以是脈沖混合氣體GMA電弧，還可以是Ar、He、CO₂的GMA電弧，適用的激光類型包括Nd:YAG激光，CO₂激光或光纖維激光，激光輸出類型即可以是連續輸出，也可以是脈沖輸出。

3、根據本發明的一種激光-超小電流GMA復合熱源焊接方法，其特征在于，

該焊接方法適用于鋁合金、碳鋼、低合金鋼、不銹鋼以及上述兩種異種金屬間的厚度為0.5mm～4mm薄金屬板焊接。

本發明提出的焊接方法與常規的GMA焊接方法相比最明顯的優點是能夠大幅度降低焊接接頭的變形量，尤其焊接鋁合金薄板時，與常規GMA焊接方法相比，該焊接方法能夠降低焊縫變形量80％～90％。另外，提高焊接效率是本焊接方法的另一個優點。常規GMA焊接速度一般為0.3m/min～1.0m/min，而本焊接方法正常焊接速度范圍為1.0m/min～3.0m/min，焊接速度提高1倍以上，焊接效率也就提高1倍以上。此外本焊接方法還具有細化焊縫晶粒，提高焊縫的機械性能的特點。

附圖說明

圖1本發明提出的激光-超小電流GMA復合熱源焊接方法的示意圖

圖1中1是激光束，2是GMA電弧焊槍，3是GMA焊絲，4是焊接試板，5是GMA電弧，d＝0mm～3mm是光絲距離，即激光束光斑與GMA電弧焊絲端點間的距離，α＝45°～75°α是GMA焊槍與水平面間的夾角，箭頭表示焊接方向。

在本發明的焊接方法中，復合熱源中的激光束1和GMA電弧5沿焊接方向排列，并且激光束1在前，GMA電弧5在后。首先調整GMA焊槍與水平面的夾角為45°～75°，焊絲干身長度控制在10mm～17mm，然后激光束1沿焊接試板4表面呈基本垂直方向施加。由于在15A～30A的超小電流條件下單獨的GMA電弧5熱量小、無法保持穩定的電弧，不能形成連續焊接，激光束1與GMA電弧5兩者相互作用，相輔相成而形成穩定的GMA電弧5，最終形成具有合適熔深的焊縫和超低變形量的焊接接頭，這里最關鍵的是GMA電弧5形成的熔池和激光束1形成的熔池要連為一體。為了確保這一點，要求試板4表面的光絲距離d為0mm～3mm，輸入到試板4表面的激光密度必須大于激光小孔深熔焊模式的功率密度閾值，對于焦點直徑為0.6mm、波長為1.064μm的YAG激光，在焊接碳鋼材料時激光功率要大于800W，在焊接鋁合金時激光功率要大于1600W。