本發(fā)明屬于焊接方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法。

背景技術(shù)：

交流TIG氬弧焊應(yīng)用于鋁合金焊接其本質(zhì)上可分為直流正接TIG氬弧焊和直流反接TIG氬弧焊,因此這種方法兼具直流正接TIG氬弧焊和直流反接TIG氬弧焊的優(yōu)點，既可清理氧化膜又可減少鎢極燒損。而等離子弧焊作為鎢極氬弧焊的進階技術(shù)，變極性等離子弧焊(VPPA)技術(shù)同樣兼具交流TIG氬弧焊的優(yōu)點，同時由于等離子弧能量密度高、指向性強，更加適用于鋁合金的焊接，1978年馬歇爾飛行中心(MSFC)，Hobart公司將VPPA技術(shù)開發(fā)并應(yīng)用到運載火箭貯箱縱縫和環(huán)縫的焊接中，至今為止VPPA技術(shù)仍廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

不論是交流TIG氬弧焊還是VPPA技術(shù)都存在一個共同的問題，即在使用過程中，由于焊接電流頻繁過零，焊接電弧具有頻繁的熄弧和再引弧過程，從而使電弧穩(wěn)定性變差，極大的影響了焊接過程的穩(wěn)定性。而變極性電弧可再引燃必須滿足以下兩個條件：一是弧柱溫度降低不多，并保持著足夠高的電離度，二是新成為陰極的電極表面尚未失去發(fā)射電子的能力。這就要求電流過零時間極短使電弧溫度不至于降低太多，但是實際應(yīng)用中并不能將電流過零時間設(shè)置的極短。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有焊接方法的上述不足，進一步提高交流電弧焊過程中電弧的穩(wěn)定性，實現(xiàn)高質(zhì)量的焊接，提供了一種激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法。該方法操作簡單，能夠適應(yīng)多種焊接環(huán)境，在基本不改變現(xiàn)有設(shè)備的情況下，通過電流過零時刻激光的輔助作用，顯著提高交流電弧的穩(wěn)定性，進而提高焊接過程的穩(wěn)定性，實現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法，通過交流電弧焊焊接裝置實現(xiàn)，所述交流電弧焊焊接裝置包括非熔化極焊槍、焊接電源及其控制系統(tǒng)、控制器、工件、激光器；所述非熔化極焊槍、焊接電源及其控制系統(tǒng)和工件構(gòu)成交流弧焊系統(tǒng)的電氣回路，控制器在監(jiān)測電流值的同時，根據(jù)設(shè)定閾值使激光僅在電流過零時刻施加；

所述交流電弧焊接方法，包括以下步驟：

步驟一：焊接前，將待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，將其固定于焊接工裝夾具上，非熔化極焊槍與激光器位于工件同側(cè)，非熔化極焊槍的軸線與工件垂直，激光器的軸線與非熔化極焊槍的軸線呈α角；

步驟二：進行工藝參數(shù)定：焊接電流為40～200A，焊接速度為0-4m/min，非熔化極焊槍弧高為2-8mm，保護氣流量為5-20L/min，離子氣流量為1.5-4L/min，變極性電流處于正、負極性的時間比值為0-1000，激光器開啟與關(guān)閉的閾值為設(shè)定電流的10-99％；

步驟三：首先建立正常的交流電弧，通過控制器實時監(jiān)測電流值并與設(shè)定的開啟和關(guān)閉激光器的閾值比較，當(dāng)電流由正極性變負極性時，待監(jiān)測到電流減小到設(shè)定的閾值時，開啟激光器，使發(fā)出的激光束作用于電弧，待電流過零后增加到設(shè)定的閾值時，關(guān)閉激光器，使激光束不再作用于電?。划?dāng)電流由負極性變正極性時，待監(jiān)測到電流減小到設(shè)定的閾值時，開啟激光器，使激光束作用于電弧，待電流過零后增加到設(shè)定的閾值時，關(guān)閉激光器，使激光束不再作用于電弧；通過在電流過零時激光束的輔助作用增加變極性電流過零時電弧的穩(wěn)定性，并循環(huán)往復(fù)，完成焊接。

作為優(yōu)選，焊接過程中，α角的變化區(qū)間為0-90°，激光作用在電弧上的位置，從工件處到電弧最高處均可以。

作為優(yōu)選，所述的焊接電源為交流、方波或為變極性焊接電源。

作為優(yōu)選，所述非熔化極焊槍為鎢極氬弧(TIG)焊槍或為等離子弧焊槍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點如下：

1)與傳統(tǒng)的交流非熔化極焊接方法相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于可顯著提升電流過零時電弧的穩(wěn)定性，改善焊接質(zhì)量。

2)與傳統(tǒng)的激光-電弧復(fù)合焊接方法相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于激光僅用于維持焊接電弧的能量，保證大電流焊接中電流過零時的電弧等離子體的穩(wěn)定存在，因此激光的功率輸出和焊接材料及工況無關(guān)，采用小功率脈沖激光器即可滿足要求，在焊接厚板時大幅降低成本。

附圖說明

圖1為激光穩(wěn)弧的交流電弧焊示意圖。

圖2為穩(wěn)弧激光施加時刻示意圖。

圖中：1、非熔化極焊槍，2、第一焊接電纜，3、焊接電源及其控制系統(tǒng)，4、第二焊接電纜，5、控制器，6、工件，7、激光器，8、激光束，9、電弧，10、第一導(dǎo)氣管路，11、保護氣瓶，12、第二導(dǎo)氣管路，13、離子氣瓶。

具體實施方式

以下參考附圖具體的說明本發(fā)明的實施方式。但本發(fā)明并不限于以下實施例。

如圖1所示為激光穩(wěn)弧的交流電弧焊示意圖，如圖2所示為穩(wěn)弧激光施加時刻示意圖。

結(jié)合圖1和圖2對此焊接方法的具體實施方式進行詳細的說明：

如圖所示，該激光穩(wěn)弧的交流電弧焊焊接裝置主要包括非熔化極焊槍1、第一焊接電纜2、焊接電源及其控制系統(tǒng)3、第二焊接電纜4、控制器5、工件6、激光器7、激光束8、電弧9、第一導(dǎo)氣管路10、保護氣瓶11、第二導(dǎo)氣管路12、離子氣瓶13；非熔化極焊槍1與激光器7位于工件6同側(cè)，非熔化極焊槍1的軸線與工件垂直，激光器7的軸線與非熔化極焊槍1的軸線呈α角，控制器5在監(jiān)測電流值的同時，根據(jù)設(shè)定閾值使激光僅在電流過零時刻施加，如圖2所示的波形；其中非熔化極焊槍1、第一焊接電纜2、焊接電源及其控制系統(tǒng)3、第二焊接電纜4和工件5構(gòu)成交流弧焊系統(tǒng)的電氣回路；與該焊接方法有關(guān)焊槍所需的水路和氣路連接方式采用常規(guī)的解法。所以不再具體進行說明。

此焊接方法包括以下步驟：

步驟1.將非熔化極焊槍1的氣路水路按常規(guī)方法進行正確連接；將被焊工件6準(zhǔn)備就緒；將非熔化極焊槍1、工件6等均連接到與焊接電源及控制系統(tǒng)3構(gòu)成的回路中，其中非熔化極焊槍1的軸線垂直工件6；將激光器7的軸線與非熔化極焊槍1的軸線呈α角。

步驟2.將交流弧焊系統(tǒng)和激光系統(tǒng)的電氣回路均接通，進行工藝參數(shù)定：焊接電流為40～200A，焊接速度為0-4m/min，非熔化極焊槍弧高為2-8mm，保護氣流量為5-20L/min，離子氣流量為1.5-4L/min，變極性電流處于正、負極性的時間比值為0-1000，激光器開啟與關(guān)閉的閾值為設(shè)定電流的10-99％。

步驟3.首先建立正常的交流電弧9，通過控制器5實時監(jiān)測電流值并與設(shè)定的開啟和關(guān)閉激光器7的閾值比較，當(dāng)電流由正極性變負極性時，待監(jiān)測到電流減小到設(shè)定的閾值時，開啟激光器7，使發(fā)出的激光束8作用于電弧9，待電流過零后增加到設(shè)定的閾值時，關(guān)閉激光器7，使激光束8不再作用于電弧9；當(dāng)電流由負極性變正極性時，待監(jiān)測到電流減小到設(shè)定的閾值時，開啟激光器7，使激光束8作用于電弧9，待電流過零后增加到設(shè)定的閾值時，關(guān)閉激光器7，使激光束8不再作用于電弧9；通過在電流過零時激光束的輔助作用增加變極性電流過零時電弧的穩(wěn)定性，并循環(huán)往復(fù)，完成焊接。焊接過程中，通過激光作用于電弧等離子體上，維持電弧等離子體的能量，從而保證焊接電流過零時電弧等離子體穩(wěn)定存在。

作為優(yōu)選，焊接過程中，α角的變化區(qū)間為0-90°；激光束作用于電弧的位置距工件高度為0-弧高，即，激光作用在電弧上的位置，從工件處到電弧最高處均可以。

作為優(yōu)選，所述的焊接電源為交流、方波或為變極性焊接電源。

作為優(yōu)選，所述非熔化極焊槍為鎢極氬弧(TIG)焊槍或為等離子弧焊槍。

焊接過程中，通過α角大小、閾值及激光在電弧中作用位置的調(diào)節(jié)，對交流電弧的穩(wěn)定性進行調(diào)整，實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。

本發(fā)明的激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法，通過焊接控制系統(tǒng)建立交流電弧，基于異步控制方法在傳統(tǒng)交流電弧電流過零時加入激光，通過激光對電弧的輔助作用增加電流過零時交流電弧的穩(wěn)定性；通過對激光作用角度和作用位置的調(diào)節(jié)，對激光穩(wěn)弧效果進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對電弧穩(wěn)定性的有效改善，提高焊接過程穩(wěn)定性；該焊接方法在傳統(tǒng)交流非熔化極弧焊的基礎(chǔ)上，添加電流過零時刻的激光輔助作用，不僅可以提高交流非熔化極弧焊電弧的穩(wěn)定性，而且可以通過這種穩(wěn)定性的提高，進一步提高焊縫質(zhì)量。