一種激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光-1nF0CUS電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)，屬于材料加工工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在焊接生產(chǎn)中，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率，降低焊接成本，一直是迫切需要解決的問題。由于具有功率密度高、同等熱輸入量時(shí)熔深大、熱影響區(qū)窄、焊接變形小、焊接速度快等優(yōu)勢，激光在焊接生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是，激光焊接也存在一些不足之處，例如，能量轉(zhuǎn)換和利用率低、焊接成本高，尤其對高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金材料焊接困難；焊接過程不穩(wěn)定，也在很大程度上限制了激光焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0003]采用激光填絲焊對減少下塌缺陷、改善焊縫冶金性能、提高間隙適應(yīng)性、實(shí)現(xiàn)厚板多層焊接具有一定的優(yōu)勢，其缺點(diǎn)是焊絲對中要求嚴(yán)格、焊絲會吸收和反射一部分激光能量，焊接質(zhì)量有賴于焊絲的對位精度，焊絲送進(jìn)過程的任何干擾會立即導(dǎo)致焊縫缺陷的產(chǎn)生，且對激光器功率要求較大，焊接成本很高。雙光束焊接的匙孔尺寸大、穩(wěn)定性好，能較好的消除氣孔、改善焊縫成形，但是需要激光功率高、焊接成本高。激光-電弧復(fù)合技術(shù)能夠提尚工件對激光的吸收率、增大恪深、提尚電弧穩(wěn)定性、減少焊接缺陷，但是同樣存在電弧對激光吸收和散焦嚴(yán)重、電極燒損、焊接方向性，焊接成本高等問題。
[0004]哈工大陳彥賓教授、苗玉剛博士在國內(nèi)外首先提出了一種新型的鋁合金焊接方法一激光-TIG雙面焊接，如圖所示。在4mm鋁合金薄板焊接中取得了良好的效果，有效的解決了上述問題。但由于傳統(tǒng)TIG電弧的能量分散，在焊接厚板時(shí)也需要較大的激光功率，提高了焊接成本。此外，TIG電弧存在磁偏吹現(xiàn)象，在焊接磁性材料時(shí)會出現(xiàn)焊接質(zhì)量明顯下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在針對激光-TIG雙面焊接中厚板時(shí)，激光功率要求大，導(dǎo)致成本過高等諸多問題，提出一種激光-1nFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法。
[0006]本發(fā)明的激光-1nFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)是指在雙面焊接過程中，激光束和InFocus電弧在工件兩側(cè)同時(shí)對稱加熱，并保持激光束和InFocus焊槍的軸線與工件垂直，如圖2所示。
[0007]本發(fā)明的一種激光-1nFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0008]步驟一:將工件的待焊部位加工成I形或Y形坡口，并對加工后的坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗，將打磨和清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0009]步驟二:在焊接過程中始終保持激光束和InFocus弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為85°?95° ;
[0010]步驟三:設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.1?0.5mm，離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為500?5000W，InFocus電弧電流為50?1000A，焊接速度為50?900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10?30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為 10 ?25L/min ；
[0011]步驟四:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行激光和InFocus弧雙面復(fù)合焊接，在工件一側(cè)進(jìn)行激光匙孔焊，另一側(cè)通過InFocus弧進(jìn)行匙孔焊接，進(jìn)行雙面復(fù)合焊接，形成激光-1nFocus電弧雙面復(fù)合焊縫。
[0012]InFocus技術(shù)是一種利用特殊材料設(shè)計(jì)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??；(4)保護(hù)需求與TIG —致；(5)加工穩(wěn)定性和可重復(fù)性好。
[0013]InFocus電弧受到機(jī)械壓縮并優(yōu)化了陰極冷卻設(shè)計(jì)，使其具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)電弧能量尚度集中，能量利用率提尚，電流峰值尚達(dá)1000A，可進(jìn)彳丁匙孔焊接，焊接恪深顯者增加，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(jì)科學(xué)，經(jīng)久耐用，耗材更換簡單，且更易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。
[0014]本發(fā)明的激光-1nFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)相比于傳統(tǒng)的激光-TIG電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
[0015](I) InFocus電弧電流峰值可以高達(dá)1000A，相對于TIG電弧400A的峰值，電流作用力和能量密度較大，可實(shí)現(xiàn)匙孔焊接，熔深大，焊接速度快，極大的提高了焊接效率，在焊接中厚板時(shí)可使用小功率激光器，極大的降低了成本；
[0016](2)由于對陰極的強(qiáng)烈冷卻，InFocus電弧受到外部約束大大降低等離子體體積，在焊接過程中，等離子體受到保護(hù)氣的效果更好，電弧壓力大大提高，無磁偏吹產(chǎn)生，提高焊接質(zhì)量；
[0017](3) InFocus焊槍可與TIG焊機(jī)良好適配，無需專用電源，設(shè)備成本大幅降低，焊槍可靠耐用，耗材互換性良好；InFoCUS焊槍設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。
【附圖說明】
[0018]圖1為激光-TIG雙面焊接示意圖；
[0019]圖2為激光-1nFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接示意圖；
[0020]圖3為用激光-TIG雙面對稱焊接1mm厚鋁合金板，在激光功率為2000W，TIG電流為350A的圖；
[0021]圖4為用激光-TIG雙面對稱焊接1mm厚鋁合金板，在激光功率為2500W，TIG電流為350A的圖；
[0022]圖5為用激光-TIG雙面對稱焊接1mm厚鋁合金板，在激光功率為3000W，TIG電流為350A的圖；
[0023]圖6為用激光-1nFocus雙面對稱焊接1mm厚鋁合金板，在激光功率為1000W，InFocus電流為800A的圖；
[0024]圖7為用激光-1nFocus雙面對稱焊接1mm厚鋁合金板，在激光功率為1500W， InFocus電流為800A的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種激光-1nFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0026]步驟一:將工件的待焊部位加工成I形或Y形坡口，并對加工后的坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗，將打磨和清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0027]步驟二:在焊接過程中始終保持激光束和InFocus弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為85°?95° ;
[0028]步驟三:設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.1?0.5mm，離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為500?5000W，InFocus電弧電流為50?1000A，焊接速度為50?900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10?30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為 10 ?25L/min ；
[0029]步驟四:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行激光和InFocus弧雙面復(fù)合焊接，在工件一側(cè)進(jìn)行激光匙孔焊，另一側(cè)通過InFocus弧進(jìn)行匙孔焊接，進(jìn)行雙面復(fù)合焊接，形成激光-1nFocus電弧雙面復(fù)合焊縫。
[0030]在本實(shí)施方式中，InFocus焊槍采用Kjellberg公司生產(chǎn)的InFocus 1000A型號的焊機(jī)，在焊接時(shí)可根據(jù)板的厚度調(diào)節(jié)焊接電流的大小。在焊接中，時(shí)刻保持激光束和InFocus焊槍的軸線的連線與工件垂直，激光束和InFocus電弧在工件兩側(cè)同時(shí)對稱加熱，完成焊接。
[0031]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的復(fù)合焊接是采用激光與InFocus電弧垂直于焊縫方向的并行放置方式進(jìn)行焊接，焊接條件為:使焊槍與激光頭處于同一平面，且該平面垂直于焊縫方向，激光頭位于待焊工件中熔點(diǎn)相對高的工件一側(cè)，且激光束焦點(diǎn)聚焦在對接焊縫待焊工件中熔點(diǎn)相對高的工件一側(cè)的邊緣，激光束與豎直方向夾角為5?30° ；InFocus電弧的焊槍位于待焊工件中熔點(diǎn)相對低的工件一側(cè)，且焊槍置于焊縫間隙中心位置處。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟二中的軸線與工件的夾角為90°?95°。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.2?0.5mm，離焦量為-2?+ 2mm，激光功率為100?5000W，InFocus電弧電流為100?1000A，焊接速度為100?900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10?30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10?25L/min。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.3?0.5mm，離焦量為-1?+ 1mm，激光功率為500?5000W，InFocus電弧電流為200?1000A，焊接速度為200?900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10?30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10?25L/min。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.3?0.5mm，離焦量為-1?+ 1mm，激光功率為1000?5000W，InFocus電弧電流為300?1000A，焊接速度為300?900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10?30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10?25L/min。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.3?0.5mm，離焦量為-1?+ 1mm，激光功率為2000?5000W，InFocus電弧電流為400?1000A，焊接速度為400?900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10?30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10?25L/min。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.3?0.5mm，離焦量為-1?+ 1mm，激光功率為3000?5000W，InFocus電弧電流為500?1000A，焊接速度為500?90