專利名稱：一種激光－電弧復合加工方法
技術領域：
本發明屬于材料工程技術領域，涉及一種材料加工方法，特別是一種復合熱源材料加工方法。
背景技術：
當激光與電弧作用于共同區域，激光與電弧存在相互作用，即為常說的激光-電弧復合熱源材料加工方法。目前，激光-電弧復合熱源研究和應用領域，基本上是采用連續激光或脈沖激光與連續電弧相復合。根據我們研究發現，在采用激光與交流電弧復合時，兩者存在著一個能量相互增強、減弱的匹配關系。在高速加工過程中，激光與電弧相互作用，雖然電弧能夠穩定燃燒，但是會出現局部熱電子發射不足，電弧會產生漂移、膨脹現象。同時大功率電弧產生的等離子體對激光能量存在吸收和對光束存在散射作用。并隨著電弧功率的增加，該作用逐漸增強，從而大大削弱了激光的作用效果，造成能源資源的損耗。在加工結果方面，主要表現為熔深降低、表面成型不連續。并且在復合焊接過程激光沖擊作用點與電弧作用中心之間的距離、電弧弧長都會影響到復合熱源加工效果。
發明內容
為了解決現有激光-電弧復合熱源加工方法的不足，本發明提出了一種新型的激光-電弧復合熱源材料加工方法，它解決了現有激光-電弧復合熱源加工技術由于電弧局部熱電子發射不足以及電弧等離子體對激光能量的吸收和光束散射所造成的一系列問題。
本發明解決技術問題所采用的技術方案是一種激光-電弧復合加工方法，該方法是，在激光-電弧復合加工過程中，在同步脈沖信號的控制下，激光脈沖始終作用于交流電弧負半波區間，其中，電弧電流為40A-500A，激光脈沖峰值功率1-5KW，激光與電弧同軸或旁軸，基值功率為200W-1000W，激光脈沖頻率為10-200Hz，激光沖擊點與電弧熔池中心之間的距離DLA為1~6mm，激光束1與電弧電極2之間的夾角α為15-45°，電極2尖端到工件的距離h為1-5mm。電弧類型為TIG電弧、MIG電弧、MAG電弧或等離子弧。激光類型為YAG固體激光束、CO2氣體激光束或二極管激光束。該方法的復合方式為激光與電弧同軸或旁軸。
本發明的有益效果是1)在小功率激光與大功率電弧復合時，能夠減少激光能量的損耗，保證激光能量的充分利用。2)采用脈沖激光誘導、增強交流電弧負半波區間放電，能夠減少加工參數及環境因素對加工穩定性的影響。3)采用脈沖激光與交流電弧負半波區間的協調控制，能夠提高電弧穩定性，改善加工區域的表面成型，增加熔深1-2倍。該新型激光-電弧復合熱源技術能夠最大限度的利用激光與電弧的能量，與已有的激光-電弧復合熱源加工技術相比具有極大的優勢。無論從工藝角度和經濟角度考慮，都有很大的工業應用潛力和發展前景。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的具體實施方式
中激光脈沖與交流電弧半波區間作用的協調匹配方式圖。
圖2是本發明的激光-電弧復合熱源裝置示意圖。
圖中1.激光束，2.電弧電極，3.保護氣外罩。
具體實施例方式
本實施方式采用旁軸激光-電弧復合熱源裝置，參閱圖2所示的相對位置。其中激光束1與電弧電極2之間的夾角α為45°；激光束1沖擊作用點與電弧電極2焊接熔池中心距離DLA為2mm；保護氣外罩3內的電極2尖端到工件的距離h為2mm。然后根據待加工材料及板厚確定激光功率、電弧功率、保護氣體流量。在復合焊接過程中，激光為脈沖輸出模式，電弧采用交流模式。設定觸發脈沖信號，根據焊接、切割、表面處理的需要，使激光脈沖峰值作用于交流電弧負半波區間，激光脈沖頻率與電流頻率一致。參閱圖1所示，其中以焊接鎂合金5mm厚板材為例，電弧電流為100A；激光脈沖峰值功率1KW，基值功率為200W；激光脈沖頻率為40Hz；焊接速度2000mm/min。為了保證加工過程中激光脈沖與交流電弧正、負半波區間獲得良好匹配，利用工控機通過A/D轉換器分別同時給激光器和電弧裝置一個觸發信號。采用這種方式，一方面使激光能量和電弧能量得到充分發揮，顯著降低能源消耗，提高加工效率。另一方面材料表面成型得到明顯改善。
權利要求
1.一種激光-電弧復合加工方法，其特征在于，該方法是，在激光-電弧復合加工過程中，在同步脈沖信號的控制下，激光脈沖始終作用于交流電弧負半波區間，其中，電弧電流為40A-500A，激光脈沖峰值功率1-5KW，激光與電弧同軸或旁軸，基值功率為200W-1000W，激光脈沖頻率為10-200Hz，激光沖擊點與電弧熔池中心之間的距離(DLA)為1~6mm，激光束(1)與電弧電極(2)之間的夾角(α)為15-45°，電極(2)尖端到工件的距離(h)為1-5mm。
2.根據權利要求1所述的一種激光-電弧復合加工方法，其特征在于，所述的電弧類型為TIG電弧、MIG電弧、MAG電弧或等離子弧。
3.根據權利要求1所述的一種激光-電弧復合加工方法，其特征在于，所述的激光類型為YAG固體激光束、CO2氣體激光束或二極管激光束。
全文摘要
本發明涉及一種復合熱源材料加工方法。采用的技術方案是在激光－電弧復合熱源加工過程中，激光功率輸出脈沖與交流電弧在同步脈沖觸發信號的控制下，協調控制輸出，即激光脈沖峰值功率始終出現在交流電弧負半波區間(ACEN)。該方法的復合方式為激光與電弧同軸或旁軸；電弧類型為非熔化極惰性氣體保護電弧、熔化極氣體保護電弧、等離子弧；激光束類型為YAG固體激光束、CO
文檔編號B23K26/20GK1943959SQ200610048080
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月20日 優先權日2006年10月20日
發明者劉黎明, 宋剛 申請人:大連理工大學