[發明專利]激光-雙絲間接旁路電弧復合的焊接方法

有效

• 申請號: 201410016312.1
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103753024A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 陳樹君;張亮;門廣強;盛珊;龔金龍;王建新
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術領域

本發明涉及一種激光與雙絲間接旁路電弧復合的焊接方法，是一種復合電弧焊接方法，屬于焊接技術領域。

背景技術

在現代加工制造業和工業生產過程中，焊接技術已經成為一種重要的加工工藝。隨著新材料的應用，對焊接技術提出了更高的要求，現代焊接技術向高效、優質、低耗方向發展，對焊接方法的生產率和熱輸入控制提出了越來越高的要求。高效化焊接的主要途徑：一是提高焊接速度；二是提高熔敷速度，但是這兩方面的提高最終要歸結為焊接電流的大幅提高。傳統的焊接工藝中，焊絲熔敷速度和熱輸入存在固有的局限，焊絲熔敷速度和熱輸入是不可解耦的，隨著焊接電流的增大必然會增大焊接的熱輸入，造成焊接質量的下降。提高焊接生產效率和焊接質量，減少熱輸入減少缺陷是現代焊接界的研究熱點。

隨著國際焊接技術的發展,特別是以高能束流焊接技術為代表的焊接熱源發展更加迅速，而激光這種高能束流熱源具有其他焊接方法不具備的優勢，主要體現在：能量密度高，加工速度快，焊后變形和殘余應力小，焊接熱影響區窄，能實現單面焊雙面成形，無需后續處理工序，深熔焊焊縫深寬比大。但，激光焊也有許多缺點，這些缺點制約著激光焊接應用的推廣,主要表現在：激光器造價高，能量轉化效率低，高反射率材料的激光焊接性差，對工件坡口裝配要求高，焊接過程中容易生成氣孔疏松和裂紋，冷卻凝固快接頭硬度高而韌性降低等缺點。

激光電弧復合熱源焊接技術是一種新興的特種加工技術，它是將物理性質和能量傳輸機制截然不同的激光和電弧兩種熱源復合在一起，同時作用于同一個熔池，既充分發揮了兩種熱源各自的優勢，又相互彌補了各自的不足，從而形成一種全新高效的熱源，其主要優點表現在以下幾個方面：

(1)增加焊接速度和焊縫熔深：激光與電弧發生一系列的相互作用，兩種熱源相互影響和支持，由于激光束對電弧的壓縮和引導作用，提高了焊接過程的穩定性，是傳統電弧焊速度的5-10倍，增加了焊縫熔深。

(2)提高焊接接頭的適應性：激光焊接由于熱作用區域小，對工件裝配要求非常高，而電弧的熱作用范圍大，可以降低對工件裝配精度的要求，特別是在激光與MIG/MAG的復合焊接中，焊絲金屬熔化進入熔池，利用熔化金屬的搭橋作用，可以在較大的接口間隙下實現焊接。

(3)改善焊縫微觀組織，減少焊接缺陷：激光焊接峰值溫度高，溫度梯度大，冷卻凝固速度快，容易產生裂紋和氣孔，電弧的熱作用范圍較大，溫度梯度減小，從而降低了冷卻速度，使得凝固過程變得緩慢，減少或消除氣孔和裂紋的生成。

復合熱源焊接將激光焊和電弧焊的優點很好地結合在一起，與傳統電弧焊相比，不但可以提高焊接速度，而且可以顯著地增加焊縫熔深，同時降低焊接變形量；與激光填絲焊相比，復合熱源焊接可提高對接口間隙的適應性，盡管激光填絲焊對接口間隙的適應性有了一定的改善。激光與雙絲間接旁路電弧復合的焊接方法不同于傳統的復合方式，激光主要作用到焊絲上，實現了在不增加電流和熱輸入的情況下很好的實現熔滴過渡，實現了焊接熱輸入和熔滴過渡的解耦。

本發明專利是一種利用激光和電弧新型復合方式，利用激光轟擊熔滴促使熔滴過渡，同時可以調整激光對熔池的熱輸入，間接電弧熔化焊絲，旁路電弧調整熔池熱輸入的新型激光-熔化極復合焊接方法，實現焊接過程熱輸入和熔敷速度的自由調節。

發明內容

本發明的目的在于克服現有電弧模式中提高焊絲熔敷速度和減少熱輸入二者之間的矛盾關系，提出一種增加焊接熔敷速度和減少電弧熱輸入的焊接方法，同時加入激光控制熔滴過渡模式，促使熔滴順利過渡到熔池中。

本發明中采用直流焊接電源交替在兩根焊絲和工件之間建立主電弧，主電弧交替出現在兩根焊絲和工件之間，主電弧一方面加熱焊絲和工件，控制熱輸入；交流焊接電源在兩根焊絲之間建立一個間接電弧，間接電弧作用是熔化焊絲，也可以單獨調節熔敷速度；激光與焊接電弧復合，激光主要作用是轟擊焊絲熔化形成的熔滴，提高熔滴過渡能力，同時激光也可以實現在熔滴過渡后直接對工件進行加熱，調整工件的熱輸入。