一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法
【專利摘要】一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，它涉及一種激光點焊焊接方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有激光點焊過程中，焊點熔合面直徑尺寸小、焊點下塌、易產(chǎn)生氣孔和空洞、能量利用率低、焊點對間隙的適應(yīng)能力差問題。本方法如下：1、對焊接工件進(jìn)行預(yù)處理；2、調(diào)節(jié)激光器的激光焊接頭與電弧焊槍的相互作用位置和角度；3、設(shè)定激光-電弧復(fù)合點焊工藝參數(shù)；4、設(shè)定送絲機(jī)的送絲參數(shù)；5、啟動控制開關(guān)，進(jìn)行脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊焊接。本發(fā)明的優(yōu)點：增加焊點熔合面直徑尺寸、減少焊點下塌、減少裂紋傾向和氣孔的形成、提高能量的利用率并且焊點成型美觀。本發(fā)明主要用于焊接金屬材料，特別適用于焊接金屬材料搭接接頭。
【專利說明】一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光點焊焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光技術(shù)近年來的快速發(fā)展，使得其在汽車制造、航空航天武器裝備領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，在實際生產(chǎn)特別是汽車工業(yè)中起到了替代電阻點焊以及鉚接等工藝作用，不僅增加了生產(chǎn)效率，而且還能夠減輕結(jié)構(gòu)重量，快速適應(yīng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，與傳統(tǒng)點焊方法相比，激光點焊具有熱輸入小、焊接熱影響區(qū)窄、焊接速度快、靈活性好、變形量小、應(yīng)用時要求條件低、易于實現(xiàn)以及對人體無害等特點。
[0003]與此同時激光點焊也存在一些不足:由于單激光光斑直徑小，能量作用范圍小，使得焊點熔合面直徑??；由于試件金屬在高能量密度的激光光束作用下迅速蒸發(fā)，一部分液態(tài)金屬損失，還有一部分液態(tài)金屬飛濺到試件表面，另外一部分液態(tài)金屬被反沖作用力推向熔池邊緣，均會造成焊點下塌缺陷；由于激光快速冷卻，焊點的深寬比較大，結(jié)晶組織方向性強(qiáng)，焊點對裂紋有一定敏感性；非穿透形焊點，由于匙孔中的金屬蒸汽及吸入的環(huán)境氣體不易全部溢出，往往會形成氣孔或空洞；許多材料對激光的反射率高，材料吸收率小，能量利用率低；激光點焊對試板間隙有嚴(yán)格的限制，否則會限制焊點的熔合面尺寸從而降低了焊點的力學(xué)性能。
[0004]雖然激光點焊技術(shù)作為一種新型的點焊方法，在焊接鋁合金等難焊材料時表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，但是由于激光點焊的焊點熔合面直徑小、焊點易下塌、焊點裂紋敏感性強(qiáng)、匙孔中易形成氣孔或空洞、能量利用率低以及焊點對間隙的適應(yīng)能力差，因此這種方法在實際應(yīng)用時同樣受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有激光點焊過程中焊點熔合面直徑過小、由于材料蒸發(fā)、燒損以及飛濺等造成的焊點下塌、匙孔中易形成氣孔或空洞、能量利用率低以及焊點對間隙的適應(yīng)能力差，而提供了一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法。
[0006]本發(fā)明的一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法按如下所述進(jìn)行:
[0007]步驟一: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；
[0008]步驟二:調(diào)節(jié)激光器的激光焊接頭與電弧焊的電弧焊槍的位置和角度，使激光光束垂直入射到工件表面，激光光束聚焦焦點與電弧弧根之間距離為2mm?5mm，激光光束與電弧軸向之間的夾角為30°?45° ;
[0009]步驟三:設(shè)定激光-電弧復(fù)合點焊工藝參數(shù)，激光功率P為0.5kff?10kW，電弧電流I為30A?400A，點焊時間t為0.5s?IOs ；
[0010]步驟四:設(shè)定送絲機(jī)的送絲參數(shù),送絲速度V為0.lm/min?2m/min,抽絲速度為0.lm/min ?lm/min ；[0011]步驟五:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊焊接。
[0012]脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊就是采用電弧與激光作為復(fù)合熱源進(jìn)行點焊，并向高溫熔池里采用脈動送絲的方式添加填充焊絲，利用電弧與激光的熱量熔化焊絲進(jìn)行焊點的填充；脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊過程中，脈動送絲依靠送絲機(jī)的脈動送絲功能實現(xiàn)周期性的熔滴過渡進(jìn)行焊點填充，從而改善激光點焊過程中的焊接缺陷，獲得成型良好的焊點。
[0013]本發(fā)明包括如下有益效果:
[0014]1、激光-電弧復(fù)合點焊采用激光與電弧復(fù)合為熱源能夠增加能量作用范圍，增大焊點熔合面直徑尺寸，與單激光焊點相比，熔合面直徑增加2倍以上；2、向熔池中添加熔化的焊絲，彌補(bǔ)由于蒸發(fā)、飛濺造成的材料損失，進(jìn)而減小焊點的下塌缺陷；3、通過焊絲熔化將熔化的焊絲中的抗裂紋合金元素加入到熔池中，減小材料的裂紋傾向，防止氣孔的形成；
4、因為激光-電弧復(fù)合點焊采用激光-電弧做為復(fù)合熱源，大大提高了能量的利用率，與單激光焊點相比能量的利用率提高2倍以上；5、激光-電弧復(fù)合填絲點焊減小了單激光點焊對接頭間隙的嚴(yán)格要求，減小焊點的下塌，改善焊點成型。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0015]圖1脈動送絲激光-GMA復(fù)合點焊示意圖，I 一激光光束，2 —激光等離子體，3 —GMA電弧焊槍，4 一焊絲，5 —電弧等離子體，6 —保護(hù)氣體，7 —送絲機(jī)，8 —待焊工件；
[0016]圖2脈動送絲激光-TIG電弧復(fù)合點焊示意圖，I 一激光光束，2 —激光等離子體，
3- TIG電弧焊槍，4 一焊絲，5 —電弧等離子體，6 —保護(hù)氣體，7 —送絲機(jī)，8 —待焊工件，9 一鶴極；
[0017]圖3為驗證試驗脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法焊接得到的焊點剖面金相顯微圖；
[0018]圖4為驗證試驗脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法焊接得到的焊點正面金相顯微圖；
[0019]圖5為驗證試驗脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法焊接得到的焊點背面金相顯微圖；
[0020]圖6為對比試驗激光-點焊焊接得到的焊點剖面圖金相顯微圖；
[0021]圖7為對比試驗激光點焊焊接得到的焊點正面圖金相顯微圖；
[0022]【具體實施方式】如下:
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式的一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法按如下所述進(jìn)行:
[0024]步驟一: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；
[0025]步驟二:調(diào)節(jié)激光器的激光焊接頭與電弧焊的電弧焊槍的位置和角度，使激光光束垂直入射到工件表面，激光光束聚焦焦點與電弧弧根之間距離為2mm?5mm，激光光束與電弧軸向之間的夾角為30°?45° ;
[0026]步驟三:設(shè)定激光-電弧復(fù)合點焊工藝參數(shù)，激光功率P為0.5kff?10kW，電弧電流I為30A?400A，點焊時間t為0.5s?IOs ；[0027]步驟四:設(shè)定送絲機(jī)的送絲參數(shù),送絲速度V為0.lm/min?2m/min,抽絲速度為
0.lm/min ?lm/min ；
[0028]步驟五:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊焊接。
[0029]本實施方式中一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法進(jìn)行點焊采用的熱源為電弧與激光作為復(fù)合熱源；
[0030]本實施方式中一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊過程中，電弧焊的電弧焊槍中的保護(hù)氣體用于待焊工件待焊接部位，防止焊縫氧化，減少焊接氣孔的產(chǎn)生；
[0031]本實施方式中一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法進(jìn)行點焊采用的焊絲為具有抗裂紋合金元素的焊絲；
[0032]本實施方式中脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊就是采用電弧與激光作為復(fù)合熱源進(jìn)行點焊，并向高溫熔池里采用脈動送絲的方式添加填充焊絲，利用電弧與激光的熱量熔化焊絲進(jìn)行焊點的填充；脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊過程中，脈動送絲依靠送絲機(jī)的脈動送絲功能實現(xiàn)周期性的熔滴過渡進(jìn)行焊點填充，從而改善激光點焊過程中的焊接缺陷，獲得成型良好的焊點。
[0033]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，本實施方式與【具體實施方式】一至八不同的是，步驟二中所述激光器為0)2激光器、YAG激光器、光纖激光器或半導(dǎo)體激光器。其它與【具體實施方式】一相同。
[0034]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一至三不同的是，步驟二中所述的電弧焊為熔化極氣體保護(hù)焊(GMA焊)或鎢極惰性氣體保護(hù)焊(TIG焊)。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0035]【具體實施方式】四:結(jié)合圖2，本實施方式與【具體實施方式】一至三不同的是，本實施方式進(jìn)行脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊，電弧焊為GMA焊，焊絲作為熔化電極，從激光光束的前方傾斜送進(jìn)，激光光束與焊絲之間的夾角為30°?45°。其它與【具體實施方式】一或三相同。
[0036]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四不同的是，本實施方式進(jìn)行脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊，電弧焊為TIG焊，焊絲位于送絲機(jī)的送絲嘴中，從激光光束的前方傾斜送進(jìn)，激光光束與焊絲之間的夾角為60°?80°。其它與【具體實施方式】一或四相同。
[0037]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一或五不同的是，步驟四中所述送絲機(jī)的送絲是在激光和電弧同時起弧0.5s?1.0s開始,在激光與電弧同時熄弧前0.5s?
1.0s抽回焊絲。其它與【具體實施方式】一或五相同。
[0038]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六不同的是，步驟四中所述送絲機(jī)的送絲方法采用脈動送絲方法。其它與【具體實施方式】一或六相同。
[0039]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七不同的是，步驟二中所述的電弧焊槍中的保護(hù)氣體為惰性氣體，所述的惰性氣體為氬氣(Ar氣)或氬氣和氦氣的混合氣體(Ar+He的混合氣體)。其它與【具體實施方式】一或七相同。
[0040]用以下試驗和對比試驗驗證本發(fā)明的有益效果:
[0041]驗證試驗
[0042]試驗一:脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊新方法對2mm厚不銹鋼搭接焊[0043]步驟一:焊接前，將2mm厚不銹鋼搭接接頭表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的防銹鋁合金搭接接頭固定在焊接工裝夾具上；
[0044]步驟二:調(diào)節(jié)激光器的激光焊接頭與電弧焊的電弧焊槍的相互作用位置和角度，使激光光束垂直入射到工件表面，激光光束聚焦焦點與電弧弧根之間距離為2mm?5mm，激光光束與電弧軸向之間的夾角在30°?45°之間；
[0045]步驟三:設(shè)定激光-電弧復(fù)合點焊工藝參數(shù)，激光功率P為1.6kff,電弧電流I為60A，點焊時間t為3s之間；
[0046]步驟四:設(shè)定送絲機(jī)中的送絲參數(shù),送絲速度V為lm/min,抽絲速度為0.5m/min ；
[0047]步驟五:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行搭接接頭的脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊焊接；
[0048]本驗證實驗中，激光聚焦焦點與電弧弧根之間距離為2mm ；
[0049]本驗證實驗中，步驟二中所述的激光-電弧復(fù)合點焊中的電弧為TIG電弧，置于送絲機(jī)送絲嘴中的焊絲從激光光束前方傾斜送進(jìn)時，激光光束與焊絲之間的夾角為75° ;
[0050]本驗證實驗中，所述的電弧焊槍中用于待焊工件待焊接部位表面的保護(hù)氣體為Ar氣;
[0051]本驗證實驗中，步驟二中所述的激光器為光纖激光器；
[0052]本驗證實驗中，步驟四中所述的送絲機(jī)的送絲方法采用脈動送絲方法；
[0053]本驗證實驗中，步驟四中送絲機(jī)的送絲是在激光和電弧同時起弧0.5s?1.0s開始，在激光與電弧同時熄弧前0.5s?1.0s停止。
[0054]采用金相顯微鏡方法對脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊新方法焊接得到的焊點剖面檢測，得到如圖3所示。
[0055]采用金相顯微鏡方法對脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊新方法焊接得到的焊點正面檢測，得到如圖4所示。
[0056]采用金相顯微鏡方法對脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊新方法焊接得到的焊點背面檢測，得到如圖5所示。
[0057]由圖3可以看出，應(yīng)用脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊新方法所焊接的焊點，其中心處的連接厚度明顯基本與2mm厚不銹鋼搭接接頭工件的厚度相當(dāng)，甚至有一定余高，形態(tài)更加飽滿。
[0058]由圖4和圖5可以看出，應(yīng)用脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊新方法所焊接的焊點，焊點的背面略有凸起，減小了焊點的下塌缺陷，焊點處無氣孔的形成，焊點成型美觀。
[0059]對比試驗:
[0060]激光點焊是按以下步驟進(jìn)行的:
[0061]步驟一:焊接前，將2mm厚不銹鋼搭接接頭表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的2mm厚不銹鋼搭接接頭固定在焊接工裝夾具上；
[0062]步驟二:調(diào)節(jié)激光焊接頭的位置，使激光垂直入射于2_厚不銹鋼搭接接頭表面，激光功率P為1.6kff,點焊時間t=3s ；
[0063]步驟三:啟動激光器控制開關(guān)，進(jìn)行搭接接頭的激光點焊焊接，完成鋁合金搭接接頭的激光點焊焊接接頭；
[0064]在對比試驗中，對焊點正面及背面均采用惰性氣體保護(hù)，所述的惰性氣體為Ar氣;[0065]在對比試驗中，激光功率P為1.6kW，焊接時間t為3s。
[0066]采用金相顯微鏡方法對激光點焊法焊接得到的焊點剖面檢測，得到如圖6所示。
[0067]采用金相顯微鏡方法對激光點焊法焊接得到的焊點正面檢測，得到如圖7所示。
[0068]由圖6可以看出，應(yīng)用激光點焊法所焊接得到焊點，焊點中心處的連接厚度明顯小于2_厚不銹鋼搭接接頭工件的厚度，經(jīng)計算可得到焊點中心處的連接厚度僅為一塊板的 76%。
[0069]由圖6和圖7雖然焊點的熔合面尺寸較大，焊點正面及背面下塌嚴(yán)重，焊點有氣孔，由于蒸發(fā)及飛濺造成材料損失，焊點成型不美觀。
【權(quán)利要求】
1.一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊按如下步驟進(jìn)行: 步驟一: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； 步驟二:調(diào)節(jié)激光器的激光焊接頭與電弧焊的電弧焊槍的相互作用位置和角度，使激光聚焦焦點與電弧弧根之間距離為2mm?5mm，激光光束與電弧軸向之間的夾角為30°?45。； 步驟三:設(shè)定激光-電弧復(fù)合點焊工藝參數(shù)，激光功率為0.5kff?10kW，電弧電流為30A?400A,點焊時間為0.5s?IOs ； 步驟四:設(shè)定送絲機(jī)構(gòu)中的送絲參數(shù)，采用脈動送絲法，送絲速度為0.lm/min?2m/min,抽絲速度為 0.lm/min ?lm/min ； 步驟五:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于步驟二中所述的激光器為CO2激光器、YAG激光器、光纖激光器或半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于步驟二中所述的電弧焊為熔化極氣體保護(hù)焊或鎢極惰性氣體保護(hù)焊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于所述的熔化極氣體保護(hù)焊，以焊絲作為電弧電極，激光束與焊絲之間的夾角為30°?45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于所述的鎢極惰性氣體保護(hù)焊，激光束與焊絲之間的夾角為60°?80°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于步驟二中所述的電弧焊槍中的保護(hù)氣體為惰性氣體；所述的惰性氣體為氬氣或氬氣和氦氣的混合氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈動送絲激光-電弧復(fù)合點焊方法，其特征在于步驟四中所述的送絲機(jī)構(gòu)的送絲是在激光和電弧同時起弧后0.5s?1.0s開始送絲，在激光與電弧同時熄弧前0.5s?1.0s抽回焊絲。
【文檔編號】B23K28/02GK103433630SQ201310344924
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】陳彥賓, 雷正龍, 呂濤, 喬亮, 胡佩佩, 金誠 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)