[發(fā)明專利]一種激光激勵超聲能場輔助等離子弧填粉焊接方法

有效

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• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109759709B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 羅怡;湯帆順;許潔;羅成玲;蘇瑩;楊意;王婷婷;杜金龍
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/342
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發(fā)明公開了一種激光激勵超聲能場輔助等離子弧填粉焊接方法，其包括如下步驟：1）將待焊工件固定于焊接平臺上，調整等離子弧焊槍和激光出射頭的相對位置，使得激光能量作用于等離子弧熔池尾部區(qū)域；2）設定等離子弧電流脈沖與激光脈沖的協(xié)同工作模式；3）設定激光束作用模式；4）啟動焊接程序；5）焊接過程結束時，先關停激光束出射，再熄滅等離子弧，停止送粉，并延遲停止保護氣，結束全部焊接流程。其能夠提高焊縫熔凝結構致密度，提高熔池中的異質形核率，促進均勻形核，使熔池凝固過程晶粒生長得以顯著細化。

技術領域

本發(fā)明涉及高效焊接制造，具體涉及一種激光激勵超聲能場輔助等離子弧填粉焊接方法。

背景技術

隨著科技的高速發(fā)展，焊接制造對生產效率、制造精度和制造質量提出了越來越高的要求。同時，高效率、低能耗的現(xiàn)代制造技術已經成為制造領域一個重要的發(fā)展方向。等離子弧焊接技術是一種成熟的焊接制造技術，廣泛的應用于工業(yè)生產制造的各行各業(yè)。

等離子電弧比GTAW電弧具有更高的能量密度、溫度和等離子流速度以及更大的熔透能力。等離子弧焊接具有很多優(yōu)點：

1、電弧溫度高、能量密度大、等離子流力大的等離子弧在熔池產生小孔效應，適合于高效率深熔焊接和單面焊雙面成形。

2、等離子弧焊縫熱影響區(qū)小，焊縫形狀非常理想。焊縫兩側的熔合線邊緣接近平行，降低了角變形。

3、能量密度大、流速快的等離子弧具有很好的穩(wěn)定性和挺直性，能量利用率高，可進行高速焊接，相對于激光焊接對工件的裝配精度要求顯著降低。因此，其焊接生產率顯著提高。

等離子弧焊接技術具有制造成本低、生產效率高用等優(yōu)點，可用于厚大構件深熔焊接制造。結合高穩(wěn)定送絲或填粉系統(tǒng)，在用于堆焊、噴焊或者焊修等場合具有突出優(yōu)勢。但相對于激光等高能束熱源，等離子弧焊接生產制造容易出現(xiàn)氣孔缺陷，并且熱輸入高，容易造成焊縫結構內部組織晶粒粗大。脈沖激光熱源具有單脈沖功率高、平均熱輸入低、能量密度大等特點。將這兩種熱源結合用于焊接制造，為實現(xiàn)降低制造成本、提升制造效率、保證制造質量帶來了新的可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種激光激勵超聲能場輔助等離子弧填粉焊接方法，其能夠提高焊縫結構致密度，提高熔池中的異質形核率，促進均勻形核，使熔池凝固過程晶粒生長得以顯著細化。

本發(fā)明所述的激光激勵超聲能場輔助等離子弧填粉焊接方法，利用等離子弧熱源提供焊接成形所需要的主要能量，借助高頻脈沖激光沖擊熔池并激勵產生熔池超聲能場，使熔池熔凝過程形成致密且細晶的焊縫組織結構，其包括如下步驟：

1）將待焊工件固定于焊接平臺上，調整等離子弧焊槍和激光出射頭的相對位置，使得出射等離子弧傾斜作用于待焊工件表面，出射激光束垂直于待焊工件表面，且以工作臺前進方向為參照，激光出射作用點在后，等離子弧熱源作用點在前，使得激光能量作用于等離子弧熔池尾部區(qū)域；

2）設定等離子弧電流脈沖與激光脈沖的協(xié)同工作模式：當?shù)入x子弧電流為非脈沖模式時，激光脈沖能量與等離子弧能量為任意匹配；當?shù)入x子弧電流為脈沖模式時，激光脈沖與等離子弧電流脈沖的能量匹配包括：當?shù)入x子弧電流脈沖與激光脈沖為同步脈沖，在一個能量匹配周期內，脈沖能量匹配為峰值-峰值匹配；需要說明的是，所述的峰值-峰值匹配指的是：在同一能量匹配周期內，當激光脈沖為峰值時，等離子弧電流脈沖也為峰值；當?shù)入x子弧電流脈沖與激光脈沖為異步脈沖，激光脈沖頻率至少2倍于等離子弧電流脈沖頻率，在一個能量匹配周期內，至少包括一個脈沖能量匹配為峰值-峰值匹配，其余脈沖能量匹配為峰值-基值匹配，需要說明的是，所述的峰值-基值匹配指的是：在同一能量匹配周期內，當激光脈沖為峰值時，等離子弧電流脈沖為基值；

3）設定激光束作用模式；