一種雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法,屬于材料加工工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光焊接作為一種精密、高效、快速的高能束焊接方法,在航空航天領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但常規(guī)的激光焊接也存在著一些問題和缺陷,比如激光能量利用率低、裝配精度要求高、設(shè)備昂貴等。為了解決這些問題,提出了幾種新的激光焊接技術(shù):一種是多焦點激光焊接技術(shù),這種焊接方法可以提高激光能量利用率,提高焊接過程的穩(wěn)定性,改善焊縫質(zhì)量,同時可降低對裝配精度的要求。另一種是復(fù)合焊接技術(shù),即采用激光和其他熱源共同作為焊接熱源,這種工藝可以有效增加熔深,提高效率,還可以在很大程度上改善接頭性能,降低設(shè)備成本。
[0003]作為以上兩種解決方案的結(jié)合,專利200410069000.3提出了一種雙焦點激光-MIG電弧復(fù)合焊接方法,可以大大提高激光焊接工藝性能,同時可以降低裝配精度的要求,并在一定程度上減小焊接裂紋的產(chǎn)生。本課題組在長期進(jìn)行激光-電弧復(fù)合焊接的基礎(chǔ)上提出了專利201410128715.5,一種用于消除鋁合金焊接氣孔的新方法一雙焦點激光-TIG電弧復(fù)合焊,經(jīng)實驗證明,其在焊接鋁合金時能起到消除氣孔的作用。但是由于傳統(tǒng)的MIG和TIG焊接熔深小,焊縫的熔深主要由激光決定,因此,在焊接中厚板時就需要較大的激光功率,增加了焊接成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明旨在針對雙焦點激光-MIG和雙焦點激光-TIG復(fù)合焊接中厚板時,激光功率較大,成本過高,從降低成本的角度,提出一種雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法。
[0005]本發(fā)明的一種雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法,它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0006]一、焊接前,將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗,將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上;
[0007]二、將激光和InFocus共同作用在被焊區(qū)域,設(shè)置幾何參數(shù):光斑直徑為0.1?0.5mm,離焦量為-3?+ 3mm ;
[0008]三、設(shè)置激光與InFocus復(fù)合焊接的焊接參數(shù):電弧電流為50?900A,焊槍與豎直方向夾角為25°?55°,焊接速度為100?1000mm/min,送絲速度為100?600mm/min,保護(hù)氣為惰性氣體,保護(hù)氣的流量為15?30L/min ;
[0009]四、啟動控制開關(guān),先通入保護(hù)氣,再引燃電弧1.0?2.0s后,發(fā)射激光,在激光束和電弧相互作用的熔池區(qū)域送給焊絲,然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動,進(jìn)行激光-1nFocus電弧焊焊接。
[0010]InFocus技術(shù)是一種利用特殊材料設(shè)計制成的陰極,并且對陰極充分冷卻,使電弧高度聚集于電極尖端,極大的提高了能量密度,電弧穩(wěn)定性和電弧壓力。InFocus技術(shù)與傳統(tǒng)的TIG焊相比具有明顯的優(yōu)勢,尤其在于:(1)低投入,相比等離子弧焊、激光焊接,其設(shè)備成本大幅降低;(2)對裝配要求低;(3)應(yīng)用廣泛,可適用于各種材料焊接,焊接參數(shù)可識別性好;(3)焊接煙塵小,飛濺小;(4)保護(hù)需求與TIG —致;(5)加工穩(wěn)定性和可重復(fù)性好。
[0011]InFocus電弧受到機(jī)械壓縮并優(yōu)化了陰極冷卻設(shè)計,使其具有以下優(yōu)點:(I)電弧能量高度集中,能量利用率提高,電流峰值高達(dá)1000A,可進(jìn)行匙孔焊接,焊接熔深顯著增加,深寬比加大,顯著提高了生產(chǎn)效率;(2)電弧等離子體體積減小,氣體保護(hù)效果更好;
(3)無磁偏吹(4) InFocus焊槍設(shè)計科學(xué),經(jīng)久耐用,耗材更換簡單,且更易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。
[0012]基于此,本發(fā)明提出一種雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法。
[0013]本發(fā)明的雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接,其焊接過程示意圖如圖1所示。采用兩束激光(LBl和LB2)和InFocus電弧共同作用在被焊區(qū)域,使焊縫同時受到三個熱源的共同作用。兩束激光的作用形式可以分為三種,包括沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。
[0014]本發(fā)明的方法較以前雙焦點激光-電弧復(fù)合焊接方法有以下優(yōu)勢:
[0015]1、InFocus電弧能量高度集中,能量利用率提高,電流峰值高達(dá)1000A,可進(jìn)行匙孔焊接,產(chǎn)生了類似于三焦點焊接的效果,在InFocus電弧作用下,產(chǎn)生了第一個匙孔,其后兩束激光產(chǎn)生的匙孔就能順利作用于熔池。但I(xiàn)nFocus電弧對于裝配的需求相比于激光大大降低,也就降低了焊接成本,提高了焊接效率。
[0016]2、該方法焊接時,由于受到三個熱源的共同作用使得形成匙孔的尺寸較大,且InFocus電弧的熔深較大,對匙孔有強(qiáng)烈的攪拌作用,有利于氣體的排出,并且第一束激光形成的匙孔后壁可以被后面的第二束激光和InFocus電弧的能量氣化,避免了匙孔的塌陷,提高了匙孔穩(wěn)定性,從而較小了氣孔傾向;
[0017]3、與雙焦點激光-MIG和雙焦點激光-TIG復(fù)合焊接相比,雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接由于InFocus電弧熔深較大,焊接可以形成匙孔,在焊接中厚板時,激光可直接作用于InFocus電弧產(chǎn)生的匙孔底部,使熔深繼續(xù)加大。因此,在焊接中厚板時,可采用大的InFocus電流,適當(dāng)降低激光功率也能獲得良好的焊接效果,降低成本;
[0018]4、該方法焊接時,由于InFocus電弧穩(wěn)定性較好使得焊接過程穩(wěn)定,飛濺量較?。粺o磁偏吹,可焊接鐵磁性材料;相比于TIG和MIG,InFocus焊接速度可達(dá)800mm/min更快,可在復(fù)合情況下實現(xiàn)高速焊接。
[0019]本發(fā)明的雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接,其焊接過程示意圖如圖1所示。采用兩束激光(LBl和LB2)和InFocus電弧共同作用在被焊區(qū)域,使焊縫同時受到三個熱源的共同作用。兩束激光的作用形式可以分為三種,包括沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。
[0020]雙焦點激光和InFocus電弧的復(fù)合可以有以下幾種方式:
[0021]1、如圖3所示,兩束激光沿焊縫方向垂直排列,即并列分布。兩束激光功率一般相等,此時LBl和LB2與豎直方向夾角分別α和β,二者大小取決于光束質(zhì)量。InFocus電弧首先在形成一個匙孔,而后兩個光束的焦點作用于匙孔兩側(cè),形成一個更大的匙孔和等離子體云,匙孔不易發(fā)生崩塌,焊接過程穩(wěn)定,出現(xiàn)焊接飛濺等現(xiàn)象較少。InFocus電弧在激光束所在平面的后側(cè)大概2-4mm左右,因為并列分布使得激光作用形成的匙孔寬度較大,可以保證電弧與兩束激光可以很好的實現(xiàn)耦合作用,進(jìn)一步保證了焊接過程的穩(wěn)定。由于兩束激光并列式分布,沿焊縫方向能量密度較大,熔池較大,焊絲可填充速率較大。
[0022]2、如圖4所示,兩束激光沿焊縫方向平行排列,即串列分布,LBU LB2和InFocus電弧呈一條直線。此時兩束激光分別前后作用于InFocus電弧形成的匙孔。在雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接中,前面的LBl的激光功率較小,可以看做為對焊縫進(jìn)行預(yù)熱處理,后面的LB2的功率較大,和最后的InFocus電弧實現(xiàn)焊接所需熱量的輸入,這樣同樣可以延長熔池的高溫停留時間,降低冷卻速度,適合焊接淬硬傾向較大的材料。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法示意圖;
[0024]圖2為一束激光米用光學(xué)系統(tǒng)分成兩束光不意圖;
[0025]圖3為并列式分布的雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接示意圖;
[0026]圖4為串列式分布的雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接示意圖;
[0027]圖5為串列式雙焦點激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊縫表面圖;
[0028]圖6為串列式雙焦點激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊縫表面縱截面圖;
[0029]圖7為串列式雙焦點激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊縫表面圖;
[0030]圖8為串列式雙焦點激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊縫縱截面圖;
[0031]圖9為串列式雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接鋁合金焊縫表面圖;
[0032]圖10為串列式雙焦點激光-1nFocus復(fù)合焊接鋁合金焊縫縱截面圖。
【具體實施方式】
[0033]【具體實施方式】一:本實施方式的一種雙焦點激光與InFocus電弧復(fù)合焊接方法,它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0034]一、焊接前,將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗,將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上;
[0035]二、將激光和InFocus共同作用在被焊區(qū)域,設(shè)置幾何參數(shù):光斑直徑為0.1?0.5mm,離焦量為-3?+ 3mm ;
[0036]三、設(shè)置激光與InFocus復(fù)合焊接的焊接參數(shù):電弧電流為50?900A,焊槍與豎直方向夾角為25°?55°,焊接速度為100?1000mm/min,送絲速度為100?600mm/min,保護(hù)氣為惰性氣體,保護(hù)氣的流量為15?30L/min ;
[0037]四、啟動控制開關(guān),先通入保護(hù)氣,再引燃電弧1.0?2.0s后,發(fā)射激光,在激光束和電弧相互作用的熔池區(qū)域送給焊絲,然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動,進(jìn)行激光-1nFocus電弧焊焊接。
[0038]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:雙焦點激光的激光器為CO2氣體激光器、YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。其它與【具體實施方式】一相同。
[0039]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:雙焦點激光的兩個光束的獲得方式為以下兩種:一束激