專利名稱：一種高強鋁合金激光-mig復合焊接技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于焊接技術領域，具體地說涉及一種高強鋁合金激光-MIG復合焊接技 術。
背景技術：
焊接技術是現代制造工業中不可缺少的關鍵制造技術，已經滲透到現代機械制造 業的各個生產領域。優質、高效成為衡量一種焊接方法和焊接工藝是否優良的標志。現我國車輛用鋁合金主要以鋁-鋅-鎂系的7A52、7A05和7A09等高強鋁合金為 主，它們具有高的屈服強度和抗拉強度。目前，對于該類材料主要采用MIG焊、TIG焊和激 光焊等焊接方法。但由于鋁合金具有高的熱膨脹系數和導熱率等因素，導致常規單一的TIG 焊、MIG焊接方法獲得的焊接結構變形較大、焊接效率較低等問題。鋁合金由于具有高的激 光反射率，從而影響激光的吸收率和加重設備的負擔。
發明內容
本發明的目的在于克服現有MIG焊、TIG焊和單激光焊等焊接方法在焊接高強鋁 合金中所存在的不足，提供一種焊接熔深大、焊接效率高、工件變形小、裝配要求低、熔池搭 橋能力強、易于集成等特點的一種高強鋁合金激光-MIG復合焊接技術。本發明的構思在于通過激光與MIG電弧這兩種不同物理性質和能量傳輸機制的 熱源相互作用、相互疊加而形成一種作用在同一熔池的高能效熱源，通過兩熱源的相互協 調作用和復合，使作用到熔池的激光具有高的能量吸收率和橋聯性，并能降低激光焊時的 等離子體密度，MIG焊由于激光的加強作用，提高了熔深，提高了焊接過程的穩定性，改善了 焊縫的成型。發明原理當激光功率較低時，其對電弧的吸引和壓縮能力較弱，產生的等離子 體也較弱，這時可通過降低MIG焊接電壓，提高復合焊電弧能量密度，提高焊接熔深。當激 光功率較大時，其對電弧的吸引和壓縮能力較強，產生的等離子體也較強，這時可通過提高 MIG焊接電壓，降低電弧等離子體密度，以達到降低激光等離子體的密度，從而減小激光穿 透等離子體的能量損耗和光的折射。當MIG電流較小時，通過減小熱源間距提高激光的吸 收率，當MIG電流較大時，通過增加熱源間距避免激光通過電弧中心的高密度的離子體，從 而減小激光能量損耗和光的折射。本發明的目的通過下述技術方案實現一種高強鋁合金激光-MIG復合焊接技術， 其特征在于該技術包括下列步驟a、設定復合方式和焊槍角度復合方式采用激光焊在前、MIG焊在后同步方式進行；焊槍角度MIG焊槍與焊板呈傾斜角度為α =65° 75°夾角；激光焊槍與焊板 呈傾斜角度為β =90° 95°夾角；b、根據焊接板厚度設定離焦量②激光功率1000W
③激光功率1000W
④激光功率3000W
⑤激光功率3000W
⑥激光功率3000W
220A =MIG 電壓 21. 5V 180A =MIG 電壓 20. 5V 280A =MIG 電壓 23. 5V 220A =MIG 電壓 22. 5V 180A =MIG 電壓 21. 5V
35L/min 45L/min
26.OV
23.5V 22. 5V
27.5V 25. OV
24.5V
①當焊接板厚小于5mm時，離焦量為-2mm -Imm；
②當焊接板厚大于或等于5mm時，離焦量為-3mm _2mm；
c、設定復合焊保護氣體為氦氬混合氣體，混合氣體體積比為He Ar = 1 4
d、根據焊接速度設定MIG焊的氣流量
①焊接速度范圍在0.7m/s 1. 5m/s之間，MIG焊的氣流量26L/min
②焊接速度范圍在1.5m/s 3. Om/s之間，MIG焊的氣流量35L/min
e、根據激光功率和MIG電流設置MIG焊接電壓值 ①激光功率1000W 3000W、MIG電流220A 280A =MIG電壓22. 5V
3000W、MIG 電流 180A 3000W、MIG 電流 140A 5000W、MIG 電流 220A 5000W、MIG 電流 180A 5000W、MIG 電流 140A
f、根據MIG焊接電壓值和電流值設置激光焊與MIG焊的熱源間距
①MIG電壓20.5V 23. 0V、電流140A 180A =MIG熱源間距Imm 2mm
②MIG電壓22.5V 24. 5V、電流180A 220A =MIG熱源間距2mm 3mm
③MIG電壓24.OV 27. 5V、電流220A 280A =MIG熱源間距3mm 4mm
g、同步進行激光-MIG復合焊接。
與現有技術相比，本發明的有益效果是①通過焊接電壓調整從而控制MIG電弧 的等離子體對激光的屏蔽作用，通過熱源間距的控制避開激光通過電弧中心的高密度的離 子體，從而達到既能保證激光作用于MIG焊熔池上，提高熔化母材對激光吸收率較高的作 用，又能使激光通過等離子體后能量損耗較小；②根據焊接速度來控制氣流量不僅起到對 熔池的保護作用，而且可避免由于過大氣流量造成焊縫氣孔缺陷；③通過激光-MIG復合焊 的復合方式和激光工藝參數等的控制，獲得表面潔凈、光滑、成型好、無凹陷的焊縫；④通過 激光和MIG兩熱源之間的相互作用，彌補了單熱源焊接工藝的不足，具有焊接熔深大、焊接 速度快、工件變形小、裝配要求低、熔池搭橋能力強、易于集成等特點；⑤由于具有高效率、 低變形和低熱輸入量的焊接特征，故能有效控制鋁合金焊接過程中因過熱造成的焊縫及母 材晶粒過大等問題。本發明特別適宜于7A52、7A05和7A09等鋁一鋅一鎂系高強鋁合金材 料的焊接。
圖1為本發明激光-MIG復合焊的焊接裝置結構示意圖。圖中1、焊接板；2、激光焊槍；3、MIG焊槍；H為熱源間距，即指激光熱源中心與MIG熱源中心在焊接板平面上的間距；α為MIG焊槍與焊接板之間的傾斜角度；β為激光焊槍與焊接板之間的傾斜角度。
具體實施例方式如圖1所示，本發明對高強鋁合金焊接采用激光-MIG復合焊技術后，在焊接方式
4設計前先根據焊接板厚度進行焊接接頭設計，即根據板厚決定開坡口或不開坡口，一般板 厚較小的不開坡口直接焊接，板厚較大的要開坡口，坡口角度=25° 30°，留純邊15mm， 對于不開坡口的，采用單面焊雙面成型，開坡口的采用雙面焊雙面成型。根據上述要求加工 焊接板，然后進入復合焊步驟設計，首先是焊接方式設計，焊接方式設計為激光焊在前、MIG 熔化極氬弧焊在后同步進行的復合焊方式；焊槍角度設計MIG焊槍3與焊接板1呈傾斜角 度為α =65° 75°夾角，激光焊槍2與焊接板1呈傾斜角度為β =90° 95°夾角；然后按要求操縱混合氣體調節閥來調節氦氣(He)和氬氣(Ar)按體積比的混合比 例；焊接工藝參數設計包括(1)按焊接板厚度選擇激光功率，離焦量，焊接速度；(2)選擇MIG焊的焊接電流； (3)根據激光功率和MIG焊接電流設定MIG焊接電壓；(4)根據焊接速度設定MIG焊氣流量；(5)根據MIG焊接電壓值和電流值設置激光焊與MIG焊的熱源間距H。焊接時將激光焊槍2和MIG焊槍3按圖1所示的焊接方向和相關位置要求安裝在 一個焊接裝置上，焊槍的行進由電動進行同步焊接。實施例1本實施例針對厚度為3mm厚的7A05高強鋁合金，采用激光-MIG復合焊接技術， 焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設置激光-MIG復合焊復合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設定激光焊接功率為2000W，焊接速度為2000mm/s，離焦量 為-2mm -Imm ； (4)設定MIG焊接電流為140A 160A，焊接電壓20. 5V 21. 5V ； (5)按 焊接速度設定MIG焊氣流量為35L/min 45L/min，熱源間距為Imm 2mm。實施例2本實施例針對厚度為6mm厚的7A05高強鋁合金，采用激光-MIG復合焊接技術， 焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設置激光-MIG復合焊復合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設定激光焊接功率為3000W，焊接速度為1400mm/s，離焦量 為-3mm -2mm ； (4)設定MIG焊接電流為160A 180A，焊接電壓20. 5V 22. 5V ； (5)按 焊接速度設定MIG焊氣流量為26L/min 35L/min，熱源間距為Imm 2mm。實施例3本實施例針對厚度為IOmm厚的7A52高強鋁合金，采用激光-MIG復合焊接技術， 焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設置激光-MIG復合焊復合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設定激光焊接功率為5000W，焊接速度為1000mm/S，離焦量 為-3謹 -2謹；(4)設定MIG焊接電流為200A 220A，焊接電壓23· 5V 24. 5V ； (5)按 焊接速度設定MIG焊氣流量為26L/min 35L/min，熱源間距為2mm 3mm。實施例4本實施例針對厚度為12mm厚的7A52高強鋁合金，采用激光-MIG復合焊接技術，焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設置激光-MIG復合焊復合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設定激光焊接功率為5000W，焊接速度為700mm/s，離焦量 為-3謹 -2謹；(4)設定MIG焊接電流為220A 280A，焊接電壓23· 5V 27. 5V ； (5)按 焊接速度設定MIG焊氣流量為26L/min 35L/min，熱源間距為3mm 4mm。
本發明不局限于上述實施方式，只要是說明書中提及的方案均落在本發明的保護 范圍之內。
權利要求
一種高強鋁合金激光 MIG復合焊接技術，其特征在于該技術包括下列步驟a、設定復合方式和焊槍角度復合方式采用激光焊在前、MIG焊在后同步方式進行；焊槍角度MIG焊槍與焊板呈傾斜角度為α＝65°～75°夾角；激光焊槍與焊板呈傾斜角度為β＝90°～95°夾角；b、根據焊接板厚度設定離焦量①當焊接板厚小于5mm時，離焦量為 2mm～ 1mm；②當焊接板厚大于或等于5mm時，離焦量為 3mm～ 2mm；c、設定復合焊保護氣體為氦氬混合氣體，混合氣體體積比為He∶Ar＝1∶4；d、根據焊接速度設定MIG焊的氣流量①焊接速度范圍在0.7m/s～1.5m/s之間，MIG焊的氣流量26L/min～35L/min；②焊接速度范圍在1.5m/s～3.0m/s之間，MIG焊的氣流量35L/min～45L/min；e、根據激光功率和MIG電流設置MIG焊接電壓值①激光功率1000W～3000W、MIG電流220A～280AMIG電壓22.5V～26.0V；②激光功率1000W～3000W、MIG電流180A～220AMIG電壓21.5V～23.5V；③激光功率1000W～3000W、MIG電流140A～180AMIG電壓20.5V～22.5V；④激光功率3000W～5000W、MIG電流220A～280AMIG電壓23.5V～27.5V；⑤激光功率3000W～5000W、MIG電流180A～220AMIG電壓22.5V～25.0V；⑥激光功率3000W～5000W、MIG電流140A～180AMIG電壓21.5V～24.5V；f、根據MIG焊接電壓值和電流值設置激光焊與MIG焊的熱源間距①MIG電壓20.5V～23.0V、電流140A～180AMIG熱源間距1mm～2mm；②MIG電壓22.5V～24.5V、電流180A～220AMIG熱源間距2mm～3mm；③MIG電壓24.0V～27.5V、電流220A～280AMIG熱源間距3mm～4mm；g、同步進行激光 MIG復合焊接。
全文摘要
一種高強鋁合金激光-MIG復合焊接技術，該技術包括下列步驟a、設定復合方式和焊槍角度；b、根據焊接板厚度設定離焦量；c、設定復合焊保護氣體為氦氬混合氣體的體積比；d、根據焊接速度設定MIG焊的氣流量；e、根據激光功率和MIG電流設置MIG焊接電壓值；f、根據MIG焊接電壓值和電流值設置激光焊與MIG焊的熱源間距；g、同步進行激光-MIG復合焊接。本發明工藝能獲得焊接表面潔凈、光滑、成型好、無凹陷的焊縫；具有焊接熔深大、速度快、工件變形小、裝配要求低、熔池搭橋能力強、易于集成等特點；能有效控制鋁合金焊接過程因過熱造成的焊縫及母材晶粒過大等問題。
文檔編號B23K28/02GK101947695SQ20101028059
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者劉紅偉, 張立君, 明珠, 王有祁, 王法科, 甄立玲, 譚兵, 陳東高, 馬冰, 齊果 申請人:中國兵器工業第五二研究所