[發明專利]一種提高激光?電弧復合焊接過程穩定性的焊接方法

有效

• 申請號: 201610842690.4
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN106181043B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 雷正龍;黎炳蔚;倪隆昌;吳世博;盧楠楠;陳彥賓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60;B23K26/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及材料加工工程領域，具體涉及一種提高激光-電弧復合焊接過程穩定性的焊接方法。

背景技術

激光-電弧復合焊接是在上世紀70年代末期，由英國學者W.M.Steen最先提出并進行試驗的。它將激光和電弧兩種熱源相結合，克服單熱源的不足，從而獲得增大能量利用率、提高焊接過程穩定性的效果。采用激光-電弧復合熱源焊接，具有焊接速度快、焊縫熔深大、熱輸入低、變形小等優點，從而達到低成本、高效率、高適應性的效果。尤其適合中厚板焊接。

目前，采用激光-電弧復合焊接時存在以下一些問題：

(1)激光-電弧復合焊接存在“能量有限增強”現象，即存在一個匹配范圍，當激光與電弧復合焊接時，只有在一定的電流范圍內，激光與電弧相互作用有增強的效果，否則，復合焊接效果甚至差于單激光焊接；

(2)當采用激光-電弧復合焊接時，尤其是采用激光-GMA電弧復合焊接時，對復合焊接一次焊透深度要求較大，激光功率的需求較高，增大了激光器的成本，且當激光功率很大時，激光等離子體的反作用力會嚴重阻礙GMA焊接熔滴過渡，造成GMA熔滴過渡困難，熔滴過渡不穩；

(3)當采用激光-電弧復合焊接進行打底焊接，由于電弧被坡口側壁吸引，造成兩側大面積熔化，后續焊接過程中可能造成氣孔、未熔合等缺陷；

(4)由于激光功率較大，在焊接過程中等離子體累積效應增加，容易導致激光有效功率減少，在焊縫后部背面余高迅速減少甚至出現未焊透的現象；

(5)在厚板焊接時，由于等離子體作用，等離子體對激光能量有一定損耗，因此，激光焊接能量輸入較大，導致焊接應力及焊接變形量較大，熱影響區晶粒容易長大及脆化。

從以上可以看出，在激光-電弧復合焊接過程中，激光等離子體是影響復合焊接過程穩定性及其焊接效果的關鍵因素。

目前，關于復合焊接過程中抑制激光等離子體，提高焊接過程穩定性的方法有更換保護氣種類、調整焊接參數及外加機械力、磁場等。如專利CN201310039463.4提出了一種外加高頻磁場的激光-TIG電弧旁軸復合焊接方法及裝置，專利CN201320057081.X提出了一種一種外加高頻磁場的激光-TIG電弧同軸復合焊接裝置，專利CN201320198864.X提出了一種外加高頻磁場的激光熔化極電弧旁軸復合焊接裝置，但以上均是對電弧進行改善，以提高復合焊接效果，對激光的抑制措施較少。

基于此，本發明提出了一種抑制激光等離子體提高復合焊接過程穩定性的新方法——一種提高激光-電弧復合焊接過程穩定性的焊接方法。

發明內容

本發明旨在針對激光-MIG復合焊接中存在的問題，而提供一種低溫氣體保護激光-電弧復合焊接方法。

本發明在常規激光-電弧復合焊接的基礎上，對焊接保護氣送氣裝置進行改進具體實現方式包括：

(1)將普通的塑料送氣管線改為絕熱保溫的低溫氣體輸送管線，直接使用絕熱氣瓶內的低溫氣體。

(2)或使用其他裝置對氣體進行冷卻如使用制冷機/冷風機對保護氣瓶及輸氣管線進行冷卻，可使保護氣溫度由室溫降低至零下五十度左右；使用冷卻浴(所能提供的溫度范圍通常為13至-196℃)對保護氣瓶進行冷卻，達到更低溫度。

(3)在電弧焊槍一側附加單獨的旁軸保護氣，其軸線方向指向激光作用點及其上方，即焊接時產生光致等離子體處，如圖1所示。

本發明的一種提高激光-電弧復合焊接過程穩定性的焊接方法，它是按照以下步驟進行的：

步驟一：焊接前，將待焊工件的待焊接部位加工成V型坡口、U型坡口或Y型坡口，并對加工后的坡口及兩側表面進行打磨和清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；

步驟二：利用夾具將激光頭與電弧焊槍以及旁軸保護氣噴嘴剛性固定；

步驟三：設置焊接工藝參數:

打底焊：離焦量為﹣3～﹢3mm，激光功率為3000～8000W，電弧電流為100～200A，激光電弧間距為3～5mm，焊接速度為0.6～2m/min；焊槍保護氣采用純Ar氣或CO₂與Ar混合氣，保護氣流量為20～40L/min，保護氣溫度為-30℃～-160℃，旁軸保護氣采用Ar氣，流量為15～30L/min，溫度為-50℃～-160℃；