[發(fā)明專利]一種激光-電弧復(fù)合焊接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310217519.0
• 申請(qǐng)日: 2013-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN103286458A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙琳;張巖;田志凌;趙子強(qiáng);林雙平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國鋼研科技集團(tuán)有限公司;新冶高科技集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): B23K28/02
• 分類號(hào): B23K28/02
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 張軍;張?jiān)浦?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光-電弧復(fù)合焊接焊縫合金元素分布均勻性的方法。

背景技術(shù)

激光焊接對(duì)工件的裝配間隙要求很嚴(yán)格，因?yàn)樵诤附訒r(shí)容易產(chǎn)生氣孔、咬邊等缺陷。為了消除或減少上述激光焊接的缺陷，在保持激光加工優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)。20世紀(jì)70年代末，英國學(xué)者W?M?Steen首先提出激光與TIG復(fù)合熱源焊接的概念，其主要思想是有效利用電弧能量，在較小激光功率下獲得較大的焊接熔深。這種方法綜合了激光和電弧的優(yōu)點(diǎn)，即將激光的高能量密度和電弧的較大加熱區(qū)結(jié)合，同時(shí)通過激光與電弧的相互作用改善激光能量的耦合特性和電弧的穩(wěn)定性。其焊縫成形美觀、焊接熔深增大、無氣孔等缺陷，實(shí)現(xiàn)高反射材料的焊接，對(duì)裝配間隙要求降低。

雖然激光-電弧復(fù)合焊接相對(duì)激光焊接技術(shù)來講具有改善焊縫組織與性能的優(yōu)勢，但是焊接過程中，當(dāng)填充材料進(jìn)入熔池后，由于熔池的對(duì)流和攪拌，在窄而深的激光-電弧焊縫中合金元素的分布依然存在較大的不均勻性，造成焊縫不同部位的組織差異，進(jìn)而影響焊接部位的機(jī)械性能，在使用中存在一定的質(zhì)量隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有激光-電弧復(fù)合焊接焊縫合金元素存在較大不均勻性，造成焊縫機(jī)械性能下降的問題。本發(fā)明在現(xiàn)有激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的激光-電弧復(fù)合焊接方法，以改善激光-電弧復(fù)合焊接焊縫合金元素分布不均勻的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明的激光-電弧復(fù)合焊接方法，其特點(diǎn)是在激光-電弧復(fù)合焊接過程中，通過改變焊接方向以及改變保護(hù)氣體成分實(shí)現(xiàn)焊縫合金元素分布的均勻性；該方法采用激光在前的焊接方向，采用脈沖熔化極氣體保護(hù)焊；其中，激光保護(hù)氣體為純He（氦）；電弧焊接保護(hù)氣體為He-38%Ar（氬）-O₂混合氣體，保護(hù)氣體中加入的O₂為2%-10%。

本發(fā)明所述激光-電弧復(fù)合焊接使用CO₂激光，功率為6-10kW，激光保護(hù)氣體流量為45-55L/min，焊接速度0.7-1.2m/min。

本發(fā)明所述脈沖熔化極氣體保護(hù)焊采用一個(gè)脈沖過渡一個(gè)熔滴的熔滴過渡形式；其中，脈沖頻率為200Hz，脈沖電流峰值470-480A，電壓41V，脈沖電流基值90-100A，電壓36V，脈寬2.5ms。

本發(fā)明所述電弧焊接時(shí)焊槍與激光束角度呈33°-37°，焊槍噴嘴距工件間距18-22mm，激光與電弧中心間距5-10mm。

本發(fā)明所述激光-電弧復(fù)合焊接中保護(hù)氣體含有O₂以改變?nèi)鄢氐牧鲃?dòng)；所述熔池流動(dòng)包括：熔池內(nèi)向流動(dòng)，即熔池表面的流動(dòng)方向由熔池后部指向激光小孔，熔池內(nèi)部的流動(dòng)方向由激光小孔開口處指向小孔底部；熔池外向流動(dòng)，即熔池表面的流動(dòng)方向由激光小孔指向熔池后部，熔池內(nèi)部的流動(dòng)方向沿小孔后壁的流動(dòng)方向由小孔底部指向小孔開口處。本發(fā)明所述激光-電弧復(fù)合焊接中保護(hù)氣體中含有O₂以促進(jìn)熔池的流動(dòng)；而本發(fā)明所述熔池內(nèi)向流動(dòng)有利于實(shí)現(xiàn)焊縫合金元素分布的均勻性。

本發(fā)明通過激光-電弧復(fù)合焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化和保護(hù)氣氛的改變，很好地改善了焊縫合金元素分布均勻性的問題，使焊接質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的激光-電弧復(fù)合焊接方法的焊接示意圖；其中序號(hào)表示為：激光1，電弧焊槍2，激光保護(hù)氣體3，激光與電弧中心間距4，焊槍噴嘴距工件間距5，工件6。

圖2是本發(fā)明激光在前，電弧保護(hù)氣體氧含量≥2%焊接時(shí)熔池內(nèi)向流動(dòng)方向的示意圖。

圖3為對(duì)比方法，電弧焊在前，激光在后焊接時(shí)熔池外向流動(dòng)方向示意圖。

圖4是本發(fā)明激光在前，電弧焊在后，保護(hù)氣體中加入2%焊接時(shí)焊縫合金元素的分布圖。

圖5為對(duì)比方法，電弧焊在前，激光在后焊接時(shí)焊縫合金元素的分布圖。

圖6是本發(fā)明激光在前，電弧焊在后保護(hù)氣體中O₂=10%焊接時(shí)焊縫合金元素的分布圖。

圖7是對(duì)比方法，激光在前，電弧焊在后保護(hù)氣體中O₂含量為0焊接時(shí)焊縫合金元素的分布圖。

圖8是激光在前，電弧焊在后保護(hù)氣體中O₂含量為0焊接時(shí)熔池外向流動(dòng)方向，以及產(chǎn)生氧化物膜的示意圖。

圖9是本發(fā)明激光在前，電弧焊在后保護(hù)氣體中O₂=2%焊接時(shí)焊縫合金元素的分布圖。