[發明專利]一種激光－電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法

無效

• 申請號: 200810222139.5
• 申請日: 2008-09-10
• 公開（公告）號: CN101362256A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 林尚揚;雷振;王旭友;王威;杜兵;秦國梁;徐孝福;滕彬;穆瑞驥;卜大川;于洪軍;張偉;王海龍
• 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;B23K33/00
• 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：

本發明專利提出一種激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法，屬于精密焊接技術領域，特別涉及到激光與電弧復合實現窄間隙下的精密焊接。

背景技術：

激光焊接技術具有焊接速度高、焊接變形小，焊縫深寬比大等優點在精密件的焊接中得到了較為廣泛的應用。在常規金屬材料的激光焊接中，焊縫金屬的冷卻速度較快，在一定程度上可以減小焊接變形，是激光焊接的優點之一，但是在特殊材料的焊接中，激光焊縫冷卻速度快的特點并非是激光焊的優點，反而成為了制約激光焊接技術應用的的缺點。特別是用激光焊焊接具有一定淬硬傾向的材料時，由于激光焊縫的冷卻速度較快，焊后易生成淬硬組織，焊縫容易開裂，致使激光焊接技術無法直接用于此類材料的焊接，為了防止焊后裂紋的產生，通常采取預熱和后熱處理。但是，預熱和后熱處理會使焊接工藝變得復雜，同時會降低激光焊接效率，而對于某些淬硬傾向較大的材料，在不填加填充金屬的條件下，即使采取預熱和后熱處理也無法避免裂紋的產生，一般而言，對于這種淬硬傾向較大材料的焊接通常采用激光填絲焊來代替激光焊。通過選擇合適的填加金屬，激光填絲焊可以較好地改善焊縫金屬的組織，防止焊接裂紋的產生，但是激光填絲焊也有一些缺點。由于焊接過程中很大一部分的激光能量用來熔化填充金屬，因此激光填絲焊會嚴重影響激光的穿透能力及焊接速度，特別是在對焊縫熔深要求較大的情況下，為了滿足焊縫熔深要求并保障焊縫的熔合性，需要開設較大的坡口，這樣會進一步降低焊接效率同時還會帶來更大的焊接變形。

申請號200610007614.8發明專利“一種大光斑激光與電弧復合熱源連接異種金屬的方法”中提出了由激光和電弧組成的復合熱源，這種復合熱源由于電弧功率大、電弧幾何外形大等因素難于用于窄間隙精密焊接。

發明內容：

針對技術背景中尚沒有找到更好的優質、高效焊接方法用于窄間隙精密焊接，本發明提出一種激光-小功率電弧復合熱源焊接方法，利用激光對小功率電弧的強烈引導、壓縮和穩定作用，這種激光-小功率電弧復合熱源焊接方法可以用于高質量的窄間隙精密焊接。

本發明的技術方案如下：

1、一種激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法，激光對小功率電弧有穩定作用，在高速焊條件下激光能量加入使電弧能穩定燃燒。

其特征在于：

1)采用功率為200W-1000W、電流為10-50A小功率電弧7，相配合的激光束3功率為≥200W，該電弧7在激光束3的引導和壓縮作用下進入工件的窄間隙，并在其中穩定燃燒；

2)復合熱源可以采用激光束3在前電弧7在后或電弧7在前激光束3在后的復合方式，并且光絲間距h為0-3mm；光絲間距在此范圍內，電弧才能被激光吸引至窄向原內穩定燃燒。

3)電弧焊槍4與水平面夾角θ為45°-75°。

2、根據上述一種激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法，窄間隙1可以是工件的“I”、“U”型和矩形坡口形成，坡口寬度為0.2d～1.2d，該d為電弧焊絲直徑，坡口深度取決于激光功率和所需焊縫熔深。

3、根據上述一種激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法，上述電弧7可以是MIG/MAG電弧、TIG電弧、等離子弧，在采用TIG電弧或等離子弧時需進行非熔化極填絲；激光器可以是CO₂激光器、Nd:YAG激光器、碟型激光器、光纖激光器或半導體激光器。

4、根據上述一種激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法，該焊接方法的填充金屬可以是熔化極焊接的焊絲填充、非熔化極焊接的焊絲填充，也可以是在窄間隙根部預置焊絲或與焊絲同材質的薄金屬片。

利用本發明提出的激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法可以通過開窄間隙或坡口實現精密部件的高速度、低變形、高質量焊接，特別是用該方法焊接淬硬傾向大的特殊材料的精密部件時，焊接效果和優勢更為明顯。

附圖說明

圖1為本發明提出的一種激光-電弧復合熱源窄間隙精密焊接方法的示意圖。

圖1中1為窄間隙，該窄間隙1由兩工件2的坡口形成，3為激光束，4為電弧焊槍，5為電弧焊槍焊絲，6為復合熱源形成的焊縫，7為電弧。

箭頭表示復合熱源的焊接方法，圖1中表示的是激光束3在前電弧7在后的復合形式，當然也可以采用電弧7在前激光束3在后的復合形式。h表示光絲間距，即激光束斑點中心與電弧焊絲端頭間的距離h，h最佳為0-3mm，θ為電弧焊槍4與水平面之夾角，該θ最佳為45°-75°。