[發明專利]解決高氮鋼焊接氣孔和提高接頭強度的焊接裝置及其焊接方法

有效

• 申請號: 201610363272.7
• 申請日: 2016-05-28
• 公開（公告）號: CN105772944B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 劉雙宇;劉鳳德;李彥清;劉佳;張宏;石巖;陳實現;黃根哲;徐春鷹
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 郭偉紅

1.一種解決高氮鋼焊接氣孔和提高接頭強度的焊接裝置，其特征在于，兩個焊接工件(6)按照對接的形式固定在第一工件支撐板(7)和第二工件支撐板(8)上，兩個焊接工件(6)之間形成焊件的接頭間隙(17)，在焊接工件(6)的正面、接頭間隙(17)處有坡口(18)，第一通水銅管(4)的管壁、第二通水銅管(5)的管壁緊貼在坡口(18)兩側；第一工件支撐板(7)與第一數控工作臺連接板(11)相連，第二工件支撐板(8)與第二數控工作臺連接板(12)相連，第一數控工作臺連接板(11)、第二數控工作臺連接板(12)聯合驅動焊接工件(6)運動；勵磁線圈(9)置于焊接工件(6)的背面，激光束(1)垂直照射在焊接工件(6)的正面，焊槍(2)置于焊接工件(6)的正面，激光束(1)的軸線、接頭間隙(17)的軸線和勵磁線圈(9)的軸線在一條直線上；

所述接頭間隙(17)為V型或Y型，所述第一通水銅管(4)、第二通水銅管(5)的橫截面均為方形，第一通水銅管(4)和第二通水銅管(5)的一端分別設有進水口(21)，進水口(21)處設有進水閥，第一通水銅管(4)和第二通水銅管(5)的另一端分別設有出水口(22)；

所述焊槍(2)的軸線與激光束(1)的軸線夾角為30°；

所述勵磁線圈(9)與勵磁電源(16)相連，勵磁線圈(9)放置在絕緣板(10)上，絕緣板(10)固定在支架(15)上；

所述第一數控工作臺連接板(11)與第一導軌(13)相連，第二數控工作臺連接板(12)與第二導軌(14)相連。

2.一種解決高氮鋼焊接氣孔和提高接頭強度的焊接裝置焊接高氮鋼的方法，其特征在于，具體按照以下步驟進行：

步驟一：安裝并調試裝置，將兩個高氮鋼制成的焊接工件(6)按照對接的形式固定在第一工件支撐板(7)和第二工件支撐板(8)上；

步驟二：開通第一通水銅管(4)、第二通水銅管(5)的進水閥，開啟勵磁線圈(9)的電源；同時啟動數控工作臺、發射激光束(1)的激光器、焊槍(2)的電源；激光束(1)垂直照射在焊接工件(6)的正面，形成激光匙孔(20)；焊槍(2)在焊接工件(6)的正面施焊，產生焊接熔池(19)，激光束(1)、焊槍(2)的電弧、焊接工件(6)金屬離子化共同形成等離子體，利用勵磁線圈(9)的交變磁場控制等離子體的密度、運動方向和速度，同時交變磁場對焊接熔池(19)進行電磁攪拌；

步驟三：激光束(1)和勵磁線圈(9)不動，數控工作臺帶動第一數控工作臺連接板(11)、第二數控工作臺連接板(12)，第一數控工作臺連接板(11)、第二數控工作臺連接板(12)聯合驅動焊接工件(6)運動，實施熔透焊接；

所述步驟二中，第一通水銅管(4)、第二通水銅管(5)中循環水水溫為10℃-20℃，循環水流量為10L-15L/min；

所述步驟二中，發射激光束(1)的激光器為YAG激光器、CO₂激光器、碟片激光器、半導體激光器中的任意一種，激光器功率為2.0-2.5KW；焊槍(2)的類型為MIG或MAG；焊槍(2)的電弧焊接電流180-300A、電弧電壓22-28V、電弧長度12-15mm；焊槍(2)的相對焊接速度為600-1000mm/min；焊槍(2)的焊絲直徑Φ1.2mm；焊槍(2)的保護氣體為體積比5％的CO₂+95％的Ar或體積比5％的N₂+95％的Ar，氣體流量為15L-20L/min；勵磁線圈(9)的電流由基于ARM微處理器的數字化勵磁電源供給；

所述步驟三中，在熔透焊接過程中，通過高速相機在線觀察激光匙孔(20)的穩定情況，通過調節勵磁線圈(9)的勵磁電流、勵磁電流頻率，獲得穩定的激光匙孔(20)；勵磁線圈(9)的勵磁電流2-10A、勵磁電流頻率20-50Hz。