改善光纖激光-mig電弧復(fù)合焊接背面成形的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種改善光纖激光-MIG復(fù)合焊接背面成形的方法，包括如下步驟：1)確定單激光焊接焊透時(shí)光纖激光器的最小功率Pd；2)設(shè)定光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接焊透時(shí)的光纖激光器的最小功率為Pf，MIG電弧焊電流為I，按如下公式確定Pf：Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)，其中a為20～30％；I≥90A，且當(dāng)90A≤I＜120A時(shí)，b為0，當(dāng)I≥120A時(shí)，b為1；3)按如下焊接方式進(jìn)行光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接：沿焊接運(yùn)動(dòng)方向，MIG焊接點(diǎn)在前，激光焊接點(diǎn)在后，熱源間距：1～2mm，焊絲伸長(zhǎng)量：8～12mm，焊炬傾角：55～60°，焊接間隙：0～0.5mm。按照本發(fā)明的方法進(jìn)行復(fù)核焊接，既能保證復(fù)合焊接單面焊透時(shí)的背面成形效果，又能保證MIG焊接的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】改善光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接背面成形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光復(fù)合焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種改善光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接背面成形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是綜合單獨(dú)的激光焊接和電弧焊接而產(chǎn)生的。電弧焊接早已大量應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，但其焊接效率低、變形大、耗材昂貴，對(duì)焊工要求高，可焊合金種類(lèi)有限。激光焊接應(yīng)用的時(shí)間雖不長(zhǎng)，但是，由于焊接功率密度高、熔寬比大，焊速快、變形小，得到了廣泛的研發(fā)應(yīng)用。但是，大功率激光器價(jià)格昂貴，搭橋能力差，對(duì)焊接預(yù)處理要求高。將激光、電弧復(fù)合起來(lái)，同時(shí)作用于焊接件，其效果不只是兩種焊接作用的簡(jiǎn)單疊加，而是可以起到“1+1>2”的協(xié)同效果。
[0003]激光-電弧復(fù)合焊接時(shí)，電弧可以降低母材對(duì)激光的反射率，從而降低光致等離子體的屏蔽作用，提高能量利用率，降低對(duì)激光器的功率要求；而激光可以為電弧提供導(dǎo)電通路，吸引、壓縮電弧，起到穩(wěn)弧和增加熔深的效果。因此，激光-電弧復(fù)合焊接能夠通過(guò)熱源相互作用彌補(bǔ)單熱源焊接的缺點(diǎn)，具備焊接熔深大、加工速度快、工件變形小、熔池橋接能力強(qiáng)、可焊材料多等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)成為焊接領(lǐng)域的重點(diǎn)研究技術(shù)之一。 [0004]激光-MIG電弧復(fù)合焊接是近年來(lái)最受業(yè)界矚目、研究也最為廣泛的復(fù)合焊接技術(shù)。該技術(shù)不僅具有將激光、電弧能量有效耦合的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠輕易通過(guò)焊絲材料的填充來(lái)調(diào)整焊縫成分及組織結(jié)構(gòu)以消除焊縫冶金缺陷。同時(shí)，能夠通過(guò)填充金屬擴(kuò)大焊接工件的裝配公差，減少工件坡口加工和裝夾的精度要求，有效消除單獨(dú)激光焊接厚板時(shí)咬邊、未焊滿(mǎn)等焊縫缺陷，更大程度的增加焊接溶深和焊接速度，提聞焊接可焊范圍。目如，有關(guān)激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)的研究，主要集中在復(fù)合焊接工藝參數(shù)(激光功率、MIG電流、熱源間距、MIG角度等)對(duì)焊接熔深以及焊縫上表面成形方面，對(duì)涉及激光-MIG復(fù)合焊縫下表面成形缺乏研究。但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，激光-MIG復(fù)合焊接單面焊透時(shí)，常有焊縫上表面由于填充不足導(dǎo)致凹陷，而下表面則形成較多凸起的珠狀物的情況出現(xiàn)，不僅降低焊縫的機(jī)械性能，而且外觀很差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種改善光纖激光-MIG復(fù)合焊接背面成形的方法，克服激光-MIG電弧復(fù)合焊接導(dǎo)致焊縫背面結(jié)珠、成形較差的缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]I)采用單激光焊接，得出單激光焊接焊透時(shí)光纖激光器的最小功率Pd ；
[0008]2)設(shè)定光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接焊透時(shí)時(shí)的光纖激光器的最小功率為Pf，MIG電弧焊電流為I，按如下公式確定Pf:
[0009]Pf = (I+a) XPdX (l+bI/120-b)，其中 a 為 20 ~30 %;1 ≥ 90A,且當(dāng) 90A ≤ I< 120A時(shí)，b為0，當(dāng)I≥120A時(shí)，b為I ;[0010]3)按如下焊接方式進(jìn)行光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接:沿焊接運(yùn)動(dòng)方向，MIG焊接點(diǎn)在前，激光焊接點(diǎn)在后，熱源間距:1~2mm，焊絲伸長(zhǎng)量:8~12mm，焊炬傾角:55~60°，焊接間隙:0~0.5mm,焊接速度:0.6~lm/min。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟3)中，焊接方式為:沿焊接運(yùn)動(dòng)方向，MIG焊接點(diǎn)在前，激光焊接點(diǎn)在后，熱源間距=L 5~2mm，焊絲伸長(zhǎng)量:8~10臟，焊炬傾角:55~60°，焊接間隙:
O~0.5mm,焊接速度:0.6 ~0.8m/min。
[0012]普遍認(rèn)為，在激光和MIG電弧之間存在強(qiáng)烈的復(fù)合效應(yīng)，激光-MIG電弧復(fù)合焊接有助于提高復(fù)合焊接熔深和工藝穩(wěn)定性。但實(shí)際上，激光-MIG電弧復(fù)合焊接過(guò)程中，在保持與單激光焊接焊透時(shí)相同的光纖激光器的功率并相同焊接速度下，若單面焊透時(shí)，雖然復(fù)合焊接熔深明顯大于單熱源焊接熔深，但是，焊縫背面卻出現(xiàn)結(jié)珠現(xiàn)象，成形較差；在與單激光焊接焊透時(shí)相同的光纖激光器的功率情況下，單純?cè)黾覯IG電流，焊縫背面同樣的出現(xiàn)結(jié)珠現(xiàn)象。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接時(shí)，為保證復(fù)合焊接單面焊透時(shí)的背面成形效果和為了保證MIG焊接的穩(wěn)定性，MIG電流應(yīng)不低于90A，且當(dāng)90AS I < 120A時(shí)，光纖激光器的最小功率比單激光焊接焊透時(shí)光纖激光器的功率大20~30%，而當(dāng)I≥120A時(shí)，則光纖激光器的最小功率相當(dāng)于MIG電流在120A時(shí)的功率提高的倍數(shù)與MIG電流提高的倍數(shù)相同，這樣，在保證熔深的同時(shí)也保證了背面成形效果。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1焊接后所得焊縫的正面和背面效果示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2焊接后所得焊縫的正面和背面效果示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3焊接后所得焊縫的正面和背面效果示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例4焊接后所得焊縫的正面和背面效果示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明實(shí)施例5焊接后所得焊縫的正面和背面效果示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明實(shí)施例6焊接后所得焊縫的正面和背面效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]材料:6mm的Q345材料；焊接方式:MIG在前，激光在后(MIG引導(dǎo))，MIG電弧焊電流為120A ;熱源間距:2mm ;焊絲伸長(zhǎng)量:10mm ;焊炬傾角:55°，焊接間隙:0mm，焊接速度0.8m/min。
[0022]采用單獨(dú)的光纖激光焊接，焊接速度0.8m/min，確定出光纖激光器的最小焊透功率 Pd 為 3300W。
[0023]從圖1可以看出，當(dāng)采用光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接時(shí)，光纖激光器的功率為3300W、3600W時(shí)，焊縫反面均有較多的結(jié)珠；功率為3900W時(shí)，結(jié)珠較少。
[0024]根據(jù)Pf = (I+a) XPdX (l+bI/120-b)進(jìn)行測(cè)算，由于 b 為 1，I 為 120A，Pd 為 3300W，當(dāng)取a為24.2%時(shí)，求得Pf為4100W。事實(shí)上，從圖1也可以明顯看出，當(dāng)功率為4100W、4500W時(shí)，焊縫反面沒(méi)有結(jié)珠，成形較好。，[0025]實(shí)施例2
[0026]材料:6mm的Q345材料；焊接方式:MIG在前，激光在后(MIG引導(dǎo))，MIG電弧焊電流為135A ;熱源間距:2mm ;焊絲伸長(zhǎng)量:10mm ;焊炬傾角:55°，焊接間隙:0mm，焊接速度
0.8m/min。
[0027]將MIG 電流從 120A 提高到 135A，根據(jù) Pf = (I+a) XPdX (l+bI/120-b)進(jìn)行測(cè)算，由于b為1，I為135A，Pd為3300W，當(dāng)取a為23.9%時(shí)，求得Pf為4600W。事實(shí)上，從圖2也可以明顯看出，當(dāng)功率為4600W時(shí)，焊縫反面沒(méi)有結(jié)珠，成形較好。
[0028]實(shí)施例3
[0029]材料:6mm的Q345材料；焊接方式:MIG在前，激光在后(MIG引導(dǎo))，MIG電弧焊電流145A ;熱源間距:2mm ;焊絲伸長(zhǎng)量:10mm ;焊炬傾角:55° ,焊接間隙:0mm,焊接速度
0.8m/min。
[0030]將MIG 電流從 120A 提高到 145A，根據(jù) Pf = (I+a) XPdX (l+bI/120-b)進(jìn)行測(cè)算，由于b為1，I為145A，Pd為3300W，當(dāng)取a為22.9%時(shí)，求得Pf為4900W。事實(shí)上，從圖3也可以明顯看出，當(dāng)功率為4900W時(shí)，焊縫反面沒(méi)有結(jié)珠，成形較好。
[0031]實(shí)施例4
[0032]材料:6mm的Q345材料；焊接方式:MIG在前，激光在后(MIG引導(dǎo))，MIG電弧焊電流90A ;熱源間距:2mm ;焊絲伸長(zhǎng)量:10mm ;焊炬傾角:55° ,焊接間隙:0mm,焊接速度0.8m/min0
[0033]從圖4可以看出，當(dāng)采用光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接時(shí)，光纖激光器的功率為3900W、4000W時(shí)，焊縫反面均有較少的結(jié)珠。
[0034]根據(jù)Pf= (1+a) XPdX (l+bI/120-b)進(jìn)行測(cè)算，由于 b 為 0，I 為 90A，Pd 為 3300W，當(dāng)取a為24.2%時(shí)，求得Pf為4100W。事實(shí)上，從圖4也可以明顯看出，當(dāng)功率為4100W時(shí)，焊縫反面沒(méi)有結(jié)珠，成形較好。
[0035]實(shí)施例5
[0036]材料:8mm的Q345材料；焊接方式:MIG在前，激光在后(MIG引導(dǎo))，MIG電弧焊電流120A ;熱源間距:2mm ;焊絲伸長(zhǎng)量:10mm ;焊炬傾角:55° ,焊接間隙:0mm。
[0037]采用單獨(dú)的光纖激光焊接，焊接速度0.6m/min，確定出光纖激光器的最小焊透功率 Pd 為 3500W。
[0038]從圖5可以看出，當(dāng)采用光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接時(shí)，在MIG電流120A的情況下，光纖激光器的功率為3800W、4000W時(shí)，焊縫反面均有較多結(jié)珠。
[0039]根據(jù)Pf = (1+a) XPdX (l+bI/120-b)進(jìn)行測(cè)算，由于 b 為 1，I 為 120A，Pd 為 3500W，當(dāng)取a為22.9%時(shí)，求得Pf為4300W。事實(shí)上，從圖5也可以明顯看出，當(dāng)功率為4300W時(shí)，焊縫反面沒(méi)有結(jié)珠，成形較好。
[0040]實(shí)施例6
[0041]材料:8mm的Q345材料；焊接方式:MIG在前，激光在后(MIG引導(dǎo))，MIG電弧焊電流132A ;熱源間距:2mm ;焊絲伸長(zhǎng)量:10mm ;焊炬傾角:55° ,焊接間隙:0mm,焊接速度
0.6m/min。
[0042]將MIG 電流從 120A 提高到 132A 后，根據(jù) Pf = (1+a) XPdX (l+bI/120-b)進(jìn)行測(cè)算，由于b為1，I為132A，Pd為3500W，當(dāng)取a為22.1 %時(shí)，求得Pf為4700W。事實(shí)上，從圖6也可以明顯看出，當(dāng)功率為4700W時(shí)，焊縫反面沒(méi)有結(jié)珠，成形較好。
【權(quán)利要求】
1.一種改善光纖激光-MIG復(fù)合焊接背面成形的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 1)采用單激光焊接，得出單激光焊接焊透時(shí)光纖激光器的最小功率Pd； 2)設(shè)定光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接焊透時(shí)時(shí)的光纖激光器的最小功率為Pf，MIG電弧焊電流為I，按如下公式確定Pf: Pf = (I+a) XPdX (l+bI/120-b)，其中 a 為 20 ~30% ；1 ≤ 90A，且當(dāng) 90A ≤ I < 120A時(shí)，b為0，當(dāng)I≤120A時(shí)，b為I ; 3)按如下焊接方式進(jìn)行光纖激光-MIG電弧復(fù)合焊接:沿焊接運(yùn)動(dòng)方向，MIG焊接點(diǎn)在前，激光焊接點(diǎn)在后，熱源間距:1~2mm，焊絲伸長(zhǎng)量:8~12mm，焊炬傾角:55~60°，焊接間隙:0~0.5mm,焊接速度:0.6~lm/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善光纖激光-MIG復(fù)合焊接背面成形的方法，其特征在于:所述步驟3)中，焊接方式為:沿焊接運(yùn)動(dòng)方向，MIG焊接點(diǎn)在前，激光焊接點(diǎn)在后，熱源間距:1.5~2mm,焊絲伸長(zhǎng)量:8~1mm,焊炬傾角:55~60。，焊接間隙:0~0.5mm,焊接速度:0.6 ~0.8m/min 。
【文檔編號(hào)】B23K26/348GK104028893SQ201410210871
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】鐘如濤, 劉念, 張吉, 陳浮, 方要治, 王靚 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司