[發明專利]一種激光穩弧的交流電弧焊接方法

在審

• 申請號: 201710085561.X
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106825929A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 陳樹君;張瑞英;蔣凡;張洪瑋;李元鋒
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于焊接方法技術領域，尤其涉及一種激光穩弧的交流電弧焊接方法。

背景技術

交流TIG氬弧焊應用于鋁合金焊接其本質上可分為直流正接TIG氬弧焊和直流反接TIG氬弧焊,因此這種方法兼具直流正接TIG氬弧焊和直流反接TIG氬弧焊的優點，既可清理氧化膜又可減少鎢極燒損。而等離子弧焊作為鎢極氬弧焊的進階技術，變極性等離子弧焊(VPPA)技術同樣兼具交流TIG氬弧焊的優點，同時由于等離子弧能量密度高、指向性強，更加適用于鋁合金的焊接，1978年馬歇爾飛行中心(MSFC)，Hobart公司將VPPA技術開發并應用到運載火箭貯箱縱縫和環縫的焊接中，至今為止VPPA技術仍廣泛應用于航空航天領域。

不論是交流TIG氬弧焊還是VPPA技術都存在一個共同的問題，即在使用過程中，由于焊接電流頻繁過零，焊接電弧具有頻繁的熄弧和再引弧過程，從而使電弧穩定性變差，極大的影響了焊接過程的穩定性。而變極性電弧可再引燃必須滿足以下兩個條件：一是弧柱溫度降低不多，并保持著足夠高的電離度，二是新成為陰極的電極表面尚未失去發射電子的能力。這就要求電流過零時間極短使電弧溫度不至于降低太多，但是實際應用中并不能將電流過零時間設置的極短。

發明內容

本發明的目的在于克服現有焊接方法的上述不足，進一步提高交流電弧焊過程中電弧的穩定性，實現高質量的焊接，提供了一種激光穩弧的交流電弧焊接方法。該方法操作簡單，能夠適應多種焊接環境，在基本不改變現有設備的情況下，通過電流過零時刻激光的輔助作用，顯著提高交流電弧的穩定性，進而提高焊接過程的穩定性，實現高質量的焊接。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種激光穩弧的交流電弧焊接方法，通過交流電弧焊焊接裝置實現，所述交流電弧焊焊接裝置包括非熔化極焊槍、焊接電源及其控制系統、控制器、工件、激光器；所述非熔化極焊槍、焊接電源及其控制系統和工件構成交流弧焊系統的電氣回路，控制器在監測電流值的同時，根據設定閾值使激光僅在電流過零時刻施加；

所述交流電弧焊接方法，包括以下步驟：

步驟一：焊接前，將待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，將其固定于焊接工裝夾具上，非熔化極焊槍與激光器位于工件同側，非熔化極焊槍的軸線與工件垂直，激光器的軸線與非熔化極焊槍的軸線呈α角；

步驟二：進行工藝參數定：焊接電流為40～200A，焊接速度為0-4m/min，非熔化極焊槍弧高為2-8mm，保護氣流量為5-20L/min，離子氣流量為1.5-4L/min，變極性電流處于正、負極性的時間比值為0-1000，激光器開啟與關閉的閾值為設定電流的10-99％；

步驟三：首先建立正常的交流電弧，通過控制器實時監測電流值并與設定的開啟和關閉激光器的閾值比較，當電流由正極性變負極性時，待監測到電流減小到設定的閾值時，開啟激光器，使發出的激光束作用于電弧，待電流過零后增加到設定的閾值時，關閉激光器，使激光束不再作用于電弧；當電流由負極性變正極性時，待監測到電流減小到設定的閾值時，開啟激光器，使激光束作用于電弧，待電流過零后增加到設定的閾值時，關閉激光器，使激光束不再作用于電弧；通過在電流過零時激光束的輔助作用增加變極性電流過零時電弧的穩定性，并循環往復，完成焊接。

作為優選，焊接過程中，α角的變化區間為0-90°，激光作用在電弧上的位置，從工件處到電弧最高處均可以。

作為優選，所述的焊接電源為交流、方波或為變極性焊接電源。

作為優選，所述非熔化極焊槍為鎢極氬弧(TIG)焊槍或為等離子弧焊槍。

與現有技術相比，本發明方法的優點如下：

1)與傳統的交流非熔化極焊接方法相比，本發明的優勢在于可顯著提升電流過零時電弧的穩定性，改善焊接質量。

2)與傳統的激光-電弧復合焊接方法相比，本發明的優勢在于激光僅用于維持焊接電弧的能量，保證大電流焊接中電流過零時的電弧等離子體的穩定存在，因此激光的功率輸出和焊接材料及工況無關，采用小功率脈沖激光器即可滿足要求，在焊接厚板時大幅降低成本。

附圖說明

圖1為激光穩弧的交流電弧焊示意圖。

圖2為穩弧激光施加時刻示意圖。

圖中：1、非熔化極焊槍，2、第一焊接電纜，3、焊接電源及其控制系統，4、第二焊接電纜，5、控制器，6、工件，7、激光器，8、激光束，9、電弧，10、第一導氣管路，11、保護氣瓶，12、第二導氣管路，13、離子氣瓶。

具體實施方式