一種用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接保護(hù)方法，具體是涉及一種用于激光-電弧復(fù)合焊接不銹鋼、鋁合金和鈦合金的對(duì)接接頭、搭接接頭及端接接頭時(shí)的氣體保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光焊接過(guò)程中，高功率密度的光束作用在工件表面，使得材料表面局部劇烈蒸發(fā)形成金屬蒸汽，并在熔池上方容易形成等離子體，會(huì)吸收或散射激光，使得到達(dá)工件表面的激光能量大幅度減弱，影響焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生和焊縫性能變化。在激光-電弧復(fù)合焊接過(guò)程中，由于電弧的加入，使得等離子體的數(shù)量更多，而且激光-電弧復(fù)合焊接已經(jīng)形成的焊縫溫度仍然較高，在焊接速度較快的情況下，容易使得高溫焊縫暴露在沒(méi)有保護(hù)的環(huán)境中，產(chǎn)生氧化。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮?01310229640.5的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種激光焊接保護(hù)拖罩裝置，該裝置采用拖罩對(duì)熔池及焊縫進(jìn)行保護(hù)，但無(wú)法解決焊接過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體問(wèn)題。針對(duì)這種情況，俄羅斯專利RU2130370公開(kāi)了一種用于激光_電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，該方法以脈沖的方式送給保護(hù)氣體，保護(hù)氣體可以為單種氣體，也可以是混合氣體。在焊接過(guò)程中，隨著電弧的周期變化采用同步脈沖的方式送給氣體。采用該方法能夠消除等離子體對(duì)激光的屏蔽作用，但會(huì)弱化熔深的提高及焊縫成型的改善。
[0004]而激光焊接及復(fù)合焊接過(guò)程中，氣體保護(hù)影響焊接質(zhì)量，尤其是在鋁合金、鈦合金等材料的焊接過(guò)程中，氣體保護(hù)的重要性日益突出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在問(wèn)題和不足，提供一種既能保護(hù)熔池和焊縫，又能消除熔池上方形成的等離子體對(duì)激光的吸收與散射作用，達(dá)到增大熔深的目的的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特點(diǎn)是:在焊接過(guò)程中，將需要進(jìn)行氣體保護(hù)的區(qū)域分為三部分，該三部分區(qū)域分別為已經(jīng)形成的焊縫、熔池和電弧作用區(qū)域；然后，將具有不同電離電位的保護(hù)氣體分別通過(guò)輸氣管輸送到焊縫和熔池表面以及電弧作用區(qū)域，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行有效保護(hù)，且在有效保護(hù)的同時(shí)，通過(guò)保護(hù)氣體消除熔池上方形成的等離子體以及電弧產(chǎn)生的等離子對(duì)激光的吸收和散射作用而增大熔深。
[0007]其中，上述輸送到熔池表面的保護(hù)氣體采用高電離電位氣體，輸送到焊縫表面的保護(hù)氣體采用低電離電位氣體，輸送到電弧作用區(qū)域的保護(hù)氣體既可以采用高電離電位氣體，也可以采用低電離電位氣體。其中，所述高電離電位氣體為氦氣或氦氣與氬氣的混合氣體，低電離電位氣體為氬氣。且所述高電離電位氣體的消耗量為8-12L/min，低電離電位氣體的消耗量為10-20L/min。
[0008]為了能夠調(diào)節(jié)保護(hù)氣體不同的流量，以方便地滿足不同區(qū)域的保護(hù)條件，上述用于輸送保護(hù)氣體到各個(gè)區(qū)域的輸氣管均為獨(dú)立設(shè)置。
[0009]為了方便地對(duì)熔池進(jìn)行保護(hù)，上述用于輸送保護(hù)氣體到熔池表面的輸氣管與水平面形成一定的夾角，該夾角為30-60°。
[0010]為了更好地對(duì)焊縫進(jìn)行保護(hù)，上述用于輸送保護(hù)氣體到焊縫表面的輸氣管與焊縫平行設(shè)置，且該輸氣管的長(zhǎng)度為100-300mm。
[0011]本發(fā)明由于采用了將具有不同電離電位的保護(hù)氣體分別送到焊縫和熔池表面以及電弧作用區(qū)域，既有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔池和焊縫的保護(hù)，又能通過(guò)高電離電位氣體消除熔池上方形成的等離子體以及電弧產(chǎn)生的等離子對(duì)激光的吸收與散射作用，從而達(dá)到增大熔深的目的。本發(fā)明的工序簡(jiǎn)單、易操作、使用效果好，可用于不同技術(shù)領(lǐng)域獲得高質(zhì)量焊接接頭。
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為采用普通氣體保護(hù)下形成的焊縫示意圖。
[0015]圖3為采用本發(fā)明氣體保護(hù)下形成的焊縫示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，該方法是在焊接過(guò)程中，將需要進(jìn)行氣體保護(hù)的區(qū)域分為三部分，該三部分區(qū)域分別為已經(jīng)形成的焊縫、熔池和電弧作用區(qū)域；然后，將作為保護(hù)氣體的高電離電位氣體通過(guò)輸氣管輸送到熔池表面，對(duì)熔池進(jìn)行保護(hù)；同時(shí)，將作為保護(hù)氣體的低電離電位氣體通過(guò)輸氣管輸送到焊縫表面，對(duì)焊縫進(jìn)行保護(hù)，防止焊縫氧化；而電弧作用區(qū)域既可以通過(guò)輸氣管輸入高電離電位氣體，也可以輸入低電離電位氣體進(jìn)行保護(hù)。且在保護(hù)氣體對(duì)各區(qū)域進(jìn)行有效保護(hù)的同時(shí)，可通過(guò)高電離電位氣體促使等離子體的光學(xué)性能發(fā)生變化，從而消除熔池上方形成的等離子體以及電弧產(chǎn)生的等離子對(duì)激光的吸收和散射作用，使得激光容易透過(guò)等離子體，從而達(dá)到增大熔深的目的。其中，高電離電位氣體為氦氣或氦氣與氬氣的混合氣體，低電離電位氣體為氬氣。高電離電位氣體的消耗量為8-12L/min，低電離電位氣體的消耗量為10_20L/min。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施時(shí)，激光器產(chǎn)生的激光束通過(guò)激光束聚焦單元2與電弧焊槍I產(chǎn)生的電弧在焊接工件5上形成共熔池進(jìn)行焊接，且激光束偏離垂直面0-10°，而電弧與激光束之間的夾角為25-50 °。其中，電弧焊槍I可以為熔化極電弧焊槍，也可以為非熔化極電弧焊槍，且其焊接電流為50-500A ;激光器可以采用碟片或光纖或0)2或ND:YAG激光器，其功率為0.5-10.0 kW。而且，用于輸送保護(hù)氣體到各個(gè)區(qū)域的輸氣管均為獨(dú)立設(shè)置。其中，用于輸送保護(hù)氣體到熔池表面的輸氣管與水平面形成一定的夾角，該夾角為30-60°，且在焊接過(guò)程中，是將高電離電位氣體從該輸氣管上的輸氣嘴3處輸入；同時(shí)，用于輸送保護(hù)氣體到焊縫表面的輸氣管與焊縫平行設(shè)置，該輸氣管的長(zhǎng)度為100-300mm，且在焊接過(guò)程中，是將低電離電位氣體從該輸氣管上的氣嘴4處輸入。而用于將保護(hù)氣體輸送到電弧作用區(qū)域的輸氣管是設(shè)置在電弧焊槍I上，且在該實(shí)施例中，是將低電離電位氣體從該輸氣管上的輸入嘴6處輸入。其中，輸送到焊縫表面及電弧作用區(qū)域的低電離電位氣體主要用于保護(hù)焊縫；輸送到熔池表面的高電離電位氣體主要用于消除熔池上方形成的等離子體以及電弧產(chǎn)生的等離子對(duì)激光的吸收和散射作用。焊接時(shí)，對(duì)于厚度為l_15mm的不銹鋼和鈦合金以及厚度為1_10_的鋁合金的焊接，采用單道焊完成。
[0018]實(shí)施例1:
采用1mm厚的BT6鈦合金為焊接材料，采用4.4KW的ND = YAG激光器與MIG復(fù)合焊接，采用普通氣體保護(hù)方式，如圖2所示，普通氣體保護(hù)方法在鈦合金焊接時(shí)難以確保對(duì)熔池及焊縫進(jìn)行保護(hù)，表面呈現(xiàn)氧化現(xiàn)象。
[0019]實(shí)施例2:
采用1mm厚的BT6鈦合金為焊接材料，采用4.4KW的ND = YAG激光器與MIG復(fù)合焊接，將低電離電位氣體(氬氣)以10-20L/min的速度送入，將高電離電位氣體(氦氣)以8-12L/min的速度送入，焊接速度為120m/h，不開(kāi)坡口，焊接結(jié)果如圖3所示，焊縫完全熔透，表面無(wú)氧化現(xiàn)象。
[0020]通過(guò)上述兩個(gè)實(shí)施例得到的結(jié)果表明，本發(fā)明能夠?qū)す?電弧復(fù)合焊接過(guò)程中的熔池及焊縫進(jìn)行有效保護(hù)，獲得高質(zhì)量的焊縫。
[0021]本發(fā)明是通過(guò)實(shí)施例來(lái)描述的，但并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變化，如對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于:在焊接過(guò)程中，將需要進(jìn)行氣體保護(hù)的區(qū)域分為三部分，該三部分區(qū)域分別為已經(jīng)形成的焊縫、熔池和電弧作用區(qū)域；然后，將具有不同電離電位的保護(hù)氣體分別通過(guò)輸氣管輸送到焊縫和熔池表面以及電弧作用區(qū)域，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行有效保護(hù)，且在有效保護(hù)的同時(shí)，通過(guò)保護(hù)氣體消除熔池上方形成的等離子體以及電弧產(chǎn)生的等離子對(duì)激光的吸收和散射作用而增大熔深。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述輸送到熔池表面的保護(hù)氣體采用高電離電位氣體，輸送到焊縫表面的保護(hù)氣體采用低電離電位氣體，輸送到電弧作用區(qū)域的保護(hù)氣體既可以采用高電離電位氣體，也可以采用低電離電位氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述高電離電位氣體為氦氣或氦氣與氬氣的混合氣體。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述低電離電位氣體為氬氣。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述高電離電位氣體的消耗量為8-12L/min。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述低電離電位氣體的消耗量為10-20L/min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述用于輸送保護(hù)氣體到各個(gè)區(qū)域的輸氣管均為獨(dú)立設(shè)置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述用于輸送保護(hù)氣體到熔池表面的輸氣管與水平面形成一定的夾角，該夾角為30-60°。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特征在于上述用于輸送保護(hù)氣體到焊縫表面的輸氣管與焊縫平行設(shè)置，且該輸氣管的長(zhǎng)度為100-300mm。
【專利摘要】一種用于激光-電弧復(fù)合焊接的氣體保護(hù)方法，其特點(diǎn)是：在焊接過(guò)程中，將需要進(jìn)行氣體保護(hù)的區(qū)域分為三部分，該三部分區(qū)域分別為已經(jīng)形成的焊縫、熔池和電弧作用區(qū)域；然后，將具有不同電離電位的保護(hù)氣體分別通過(guò)輸氣管輸送到焊縫和熔池表面以及電弧作用區(qū)域，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行有效保護(hù)。本發(fā)明由于采用了將具有不同電離電位的保護(hù)氣體分別送到焊縫和熔池表面以及電弧作用區(qū)域，既有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔池和焊縫的保護(hù)，又能通過(guò)高電離電位氣體消除熔池上方形成的等離子體以及電弧產(chǎn)生的等離子對(duì)激光的吸收與散射作用，從而達(dá)到增大熔深的目的。本發(fā)明的工序簡(jiǎn)單、易操作、使用效果好，可用于不同技術(shù)領(lǐng)域獲得高質(zhì)量焊接接頭。
【IPC分類】B23K26/14, B23K26/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105108333
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510544430
【發(fā)明人】哈斯金·弗拉基斯拉夫, 郭瑞·弗拉基米爾, 羅子藝, 陳和興, 董春林, 王亞琴, 舍甫琴科·維塔利, 波羅申科·斯維塔斯拉夫, 格里努烏科·安德烈, 彼得林科·維塔利
【申請(qǐng)人】廣州有色金屬研究院
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日