一種脈沖激光-電弧復合焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種焊接方法，具體是涉及一種脈沖激光-電弧復合焊接方法。
【背景技術】
[0002]熔化極脈沖電弧焊接能夠利用周期性變化的脈沖電流控制熔滴過渡和焊接熱輸入，實現良好的焊接過程。該方法的缺點為:在進行高速度焊接時無法確保焊縫質量，以及獲得較大的熔深。而激光-電弧復合焊接方法是將激光與電弧兩種熱源有機結合起來，通過激光與電弧的相互作用改善激光能量的吸收與電弧的穩定性。
[0003]美國專利US6596969B1公開了一種激光-電弧復合焊接方法，采用連續激光與脈沖電弧進行復合焊接，電流脈沖可以為直流脈沖或交流脈沖，脈沖之間的間隔為0.1ms,該方法可在高焊速下穩定電弧放電，獲得較大熔深。但是，由于激光連續輸出導致焊縫金屬過熱，增大了熱影響區。
[0004]俄羅斯專利RU2412032公開了一種高強鋼管縱縫接頭焊接方法，對焊接工件開X型坡口，對管外焊縫采用激光-電弧焊接，管內焊縫采用單道電弧氣保焊接或埋弧焊。在焊接過程中，電弧脈沖頻率與激光脈沖頻率一致，為380-420HZ，可采用較高焊速，獲得較大的熔深。但該方法只針對于高強鋼管，不適用于鋁合金焊接，同時電弧和激光的脈沖調制頻率范圍較窄。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種工藝簡單、實施容易、使用效果好，能夠針對鋼和鋁合金等材料進行復合焊接，獲得高質量的焊接接頭，并且可使用較高的焊接速度，以及得到較大的熔深的脈沖激光-電弧復合焊接方法。
[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:
本發明所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特點是:在保護氣體的保護下，通過將激光器產生的脈沖激光和熔化極焊接設備產生的脈沖電弧同時作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式對待焊工件進行焊接，且脈沖激光和脈沖電弧的脈沖調制頻率為100-400HZ。
[0007]為了使采用的激光器符合本發明的使用要求，上述激光器為平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纖或0)2或制:￥八6激光器，且激光器的最大功率為5KW，平均焊接電流為100-300A。
[0008]為了達到更好的焊接效果，上述脈沖激光和脈沖電弧在焊接過程中輸入的能量比值為0.5-2 O
[0009]為了有效地確保不同厚度的待焊工件的焊接質量，當上述待焊工件為厚度l_6mm的鋼和厚度1_4_的鋁合金時，無需開坡口，單道焊完成；當上述待焊工件為大厚度板時，開10-30°的Y型窄坡口，且鈍邊厚度為2-4mm，多道焊完成。
[0010]為了達到本發明的焊接要求，上述熔化極焊接設備在焊接過程中使用的焊絲的直徑為 0.8-1.6mm。
[0011]為了對焊接過程進行有效的保護，上述保護氣體為0)2或々1.或He或其混合氣體。
[0012]為了進一步提高焊接質量，上述脈沖激光的中心線與垂直待焊工件表面的垂直線之間的夾角為0-10°。且上述脈沖激光的中心線與熔化極焊接設備的電弧焊炬軸線之間的夾角為25-50°。
[0013]本發明由于采用了脈沖激光與脈沖電弧進行復合焊接的方法，通過該復合焊接方法，在焊接過程中，能夠有效消除金屬過熱，并能提高焊接速度(不低于激光焊的速度)以及增大熔深，從而得到高質量的焊接接頭。而且，該方法借助脈沖激光與脈沖電弧的復合，可用于不同技術領域，例如:可用于焊接縱縫管、火車車廂、汽車車身、船體局部、海洋平臺局部、火箭殼體等，并獲得優質金屬材料焊接接頭。而且，該方法的焊接工藝簡單、實施容易、使用效果好。
[0014]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的焊接示意圖。
[0016]圖2為采用連續激光焊接鋼獲得的接頭截面示意圖。
[0017]圖3為脈沖激光和脈沖電弧不是采用同步脈沖調制時焊接鋼獲得的接頭截面示意圖。
[0018]圖4為脈沖激光和脈沖電弧采用同步脈沖調制時焊接鋼獲得的接頭截面示意圖。
[0019]圖5為采用連續激光焊接鋼獲得的焊縫形貌示意圖。
[0020]圖6為脈沖激光和脈沖電弧不是采用同步脈沖調制時焊接鋼獲得的焊縫形貌示意圖。
[0021]圖7為脈沖激光和脈沖電弧采用同步脈沖調制時焊接鋼獲得的焊縫形貌示意圖。
[0022]圖8為本發明開Y型坡口的形狀示意圖。
[0023]圖9為焊接鋁合金獲得的焊縫形貌示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，該方法是:根據所需要成型的焊縫余高和需要達到的熔深，確定脈沖激光和脈沖電弧的脈沖調制頻率，然后在保護氣體CO2或Ar或He或C02、Ar和He的混合氣體或C02、Ar和He其中任意兩種的混合氣體的保護下，通過將激光器產生的脈沖激光和熔化極焊接設備產生的脈沖電弧同時作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式對待焊工件進行焊接，其中脈沖激光和脈沖電弧的脈沖調制頻率為100-400HZ，且脈沖激光和脈沖電弧在焊接過程中輸入的能量比值為0.5-2，而激光器為平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纖或0)2或Nd = YAG激光器，且激光器的最大功率為5KW，平均焊接電流為100-300A ;同時，熔化極焊接設備在焊接過程中使用的焊絲的直徑為0.8-1.6mm。為了有效地確保不同厚度的待焊工件的焊接質量，當待焊工件為厚度l_6mm的鋼和厚度l_4mm的鋁合金時，無需開坡口，單道焊完成；如圖8所示，當待焊工件為大厚度板時，即待焊工件為厚度H大于6mm的鋼或厚度H大于4_的銷合金或厚度H大于4_的其它金屬板時，開10-30°的Y型窄坡口，且鈍邊厚度h為2-4mm，多道焊完成。
[0025]如圖1所示，將脈沖激光I與電弧焊炬2產生的脈沖電弧作用于待焊工件3的表面形成共熔池5，在焊接過程中形成焊縫4，脈沖激光I與焊絲間距L為l-10mm。沿標號6所示的焊接方向，脈沖電弧可位于激光輻射之前，也可位于激光輻射之后。在焊接過程中，脈沖激光I的中心線與垂直待焊工件3表面的垂直線之間的夾角α為0-10°，且脈沖激光I的中心線與熔化極焊接設備的電弧焊炬2軸線之間的夾角β為25-50°。
[0026]實施例一:
對厚度5mm的Ct3鋼進行激光-電弧復合焊接，采用直徑01.2 mm的C B -08 Γ 2 C焊絲，焊接過程中單位線能量270-290J/mm，焊速90m/h ；
采用連續Nd = YAG激光，功率3.0kff,電流180A、電壓24V進行焊接，焊縫形貌如圖5所示，接頭截面如圖2所示；
采用脈沖Nd:YAG激光，平均功率3.0kff (最大功率4.4kW)，頻率200Hz ;脈沖電弧平均電流160A，頻率100Hz，電壓22V進行焊接，焊縫形貌如圖6所示，接頭截面如圖3所示；
采用脈沖Nd: YAG激光，平均功率3.0kff (最大功率4.4kW)，頻率10Hz，脈沖電弧平均電流160A，頻率100Hz，電壓22V進行焊接，焊縫形貌如圖7所示，接頭截面如圖4所示；比較三組參數及試驗結果，發現在激光-電弧復合焊接時，脈沖激光、脈沖電弧采用同步脈沖調制時可提高熔深35%，同時也可改善焊縫余高成型。
[0027]實施例二:
在厚度6mm的AM r6合金的堆焊上層焊道，采用直徑01.2 mm的CB-AMr6焊絲，在氬氣保護環境中以120m/h的焊速進行焊接；
采用連續激光與脈沖電弧復合焊接，其中激光功率3.0KW，脈沖電弧平均電流180A、電壓19V、頻率130Hz ;焊縫形貌如圖9中的a所示；
采用脈沖激光進行焊接，平均功率3.0KW、最大功率4.4KW，脈沖頻率130Hz ;焊縫形貌如圖9中的b所示；
采用脈沖激光與脈沖電弧復合焊接，激光平均功率3.0KW、最大功率4.4KW、脈沖頻率130Hz，脈沖電弧電流180A、電壓19V、脈沖頻率130Hz ;焊縫形貌如圖9中的c所示；
采用連續激光進行焊接，功率3.0Kff ;焊縫形貌如圖9中的d所示；
采用脈沖電弧進行焊接，平均電流180A、電壓19V、脈沖頻率130Hz ;焊縫形貌如圖9中的e所示；
結果表明，脈沖激光與脈沖電弧復合焊時焊道成型最好。進一步的試驗證實，在脈沖調制下進行復合焊，熔深比連續激光復合焊的高30-40%。
[0028]本發明是通過實施例來描述的，但并不對本發明構成限制，參照本發明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發明權利要求限定的范圍之內。
【主權項】
1.一種脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于:在保護氣體的保護下，通過將激光器產生的脈沖激光和熔化極焊接設備產生的脈沖電弧同時作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式對待焊工件進行焊接，且脈沖激光和脈沖電弧的脈沖調制頻率為100-400HZ。2.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于上述激光器為平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纖或0)2或Nd = YAG激光器，且激光器的最大功率為5KW，平均焊接電流為100-300A。3.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于上述脈沖激光和脈沖電弧在焊接過程中輸入的能量比值為0.5-2ο4.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于當上述待焊工件為厚度1_6_的鋼和厚度1-4_的銷合金時，無需開坡口，單道焊完成；當上述待焊工件為大厚度板時，開10-30°的Y型窄坡口，且鈍邊厚度為2-4mm，多道焊完成。5.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于上述熔化極焊接設備在焊接過程中使用的焊絲的直徑為0.8-1.6_。6.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于上述保護氣體為0)2或Ar或He或其混合氣體。7.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于上述脈沖激光的中心線與垂直待焊工件表面的垂直線之間的夾角為0-10°。8.根據權利要求1所述的脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特征在于上述脈沖激光的中心線與熔化極焊接設備的電弧焊炬軸線之間的夾角為25-50°。
【專利摘要】一種脈沖激光-電弧復合焊接方法，其特點是：在保護氣體的保護下，通過將激光器產生的脈沖激光和熔化極焊接設備產生的脈沖電弧同時作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式對待焊工件進行焊接，且脈沖激光和脈沖電弧的脈沖調制頻率為100-400Hz。本發明由于采用了脈沖激光與脈沖電弧進行復合焊接的方法，通過該復合焊接方法，在焊接過程中，能夠有效消除金屬過熱，并能提高焊接速度（不低于激光焊的速度）以及增大熔深，從而得到高質量的焊接接頭。而且，該方法的焊接工藝簡單、實施容易、使用效果好。
【IPC分類】B23K26/348
【公開號】CN104889569
【申請號】CN201510296236
【發明人】克里夫出·益戈里, 郭瑞·弗拉基米爾, 哈斯金·弗拉基斯拉夫, 阿納托利·熱爾那西科夫, 羅子藝, 陳和興, 王亞琴, 董春林, 韓善果, 蔡得濤
【申請人】廣東省工業技術研究院(廣州有色金屬研究院)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月3日