一種激光-InFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接方法，屬于材料加工工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自從上世紀(jì)七十年代提出激光-電弧復(fù)合焊接方法以后，激光-電弧復(fù)合焊接方法得到了廣泛的應(yīng)用，其主要思想是充分利用電弧能量，在較小的激光功率條件下獲得較大的焊接熔深，同時(shí)提高激光焊接對(duì)接焊縫間隙適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)效率高、質(zhì)量高的焊接過(guò)程。復(fù)合焊接過(guò)程中，激光熱源主要有CO2激光，YAG激光，光纖激光等。激光-TIG電弧復(fù)合焊接作為一種典型的復(fù)合焊接方式，具有很多優(yōu)點(diǎn):①降低激光能量輸入，高效節(jié)能；②增加焊縫熔深，穩(wěn)定焊接電?。虎厶岣吡撕附舆m應(yīng)性，可進(jìn)行高速焊接通過(guò)調(diào)節(jié)兩種熱源能量的匹配，改善焊縫成型。雖然激光-TIG電弧復(fù)合焊接最早開(kāi)始研究，傳統(tǒng)激光-TIG電弧復(fù)合焊接一般主要用于薄板高速焊接或者不等厚板焊接，但在應(yīng)用方面一直沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
[0003]目前，主要是因?yàn)榧す?TIG電弧焊接存在以下一些問(wèn)題:
[0004](I)傳統(tǒng)的TIG電弧等離子體體積較大，能量密度低，使得焊縫熔深較淺；
[0005](2)當(dāng)TIG電弧電流較大時(shí)，容易導(dǎo)致InFocus焊槍陰極燒損；
[0006](3)相對(duì)于激光焊接，激光-TIG電弧復(fù)合焊接速度可以到達(dá)其兩倍以上，但在高速焊接過(guò)程中，TIG電弧穩(wěn)定性較差，焊接質(zhì)量不易保證；
[0007](4)在薄板焊接時(shí)，由于TIG電弧的特性使得進(jìn)一步提高焊接速度受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)激光-TIG復(fù)合焊接存在的問(wèn)題，提出一種新方法一激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接新技術(shù)。
[0009]本發(fā)明的一種激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0010]一、焊接前將待焊工件的待焊接部位進(jìn)行坡口加工，并對(duì)加工后的雙面坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨并清洗，將打磨清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0011]二、利用夾具將激光頭與InFocus焊槍固定，若焊接對(duì)象為對(duì)焊接激光無(wú)反射的材料，則將激光頭垂直于焊接對(duì)象，調(diào)節(jié)InFocus焊槍與焊接對(duì)象角度至45?60°，并使InFocus焊槍陰極端點(diǎn)距離激光焦平面的距離為2?3mm，兩熱源作用點(diǎn)相距I?2mm ;若焊接對(duì)象為對(duì)焊接激光有反射的材料，則將InFocus焊槍垂直于焊接對(duì)象，調(diào)節(jié)激光束與水平面的夾角至45?60°，并使InFocus焊槍陰極端點(diǎn)距離激光焦平面的距離為2?6mm，兩熱源作用點(diǎn)相距I?2mm ；
[0012]三、設(shè)置焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.3mm，離焦量在-3?+ 3mm，激光功率500?5000W ;電弧電流為50?1000A，焊接速度為50?900mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣，保護(hù)氣流量為10?30L/min ；
[0013]四、采用機(jī)器人集成系統(tǒng)控制步驟三設(shè)置的焊接工藝參數(shù)，首先采用InFocus電弧起弧，在電弧穩(wěn)定I?2S后，向激光束和電弧相互作用的熔池區(qū)域送給焊絲，通過(guò)控制機(jī)器人使激光工作頭和InFocus焊槍共同運(yùn)動(dòng)完成焊接過(guò)程，即完成所述的激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接。
[0014]激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接是指將激光與InFocus電弧兩種熱源互成一定角度共同作用于一個(gè)焊接熔池的新方法，如圖1所示。激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接有兩種復(fù)合方式:復(fù)合方式一，激光垂直作用于母材，InFocus電弧與豎直方向呈一定角度作用于母材；復(fù)合方式二，電弧垂直作用與母材，而激光與豎直方向呈一定角度作用于母材。
[0015]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(duì)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)具有傳統(tǒng)的TIG焊的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)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(shí)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。
[0016]InFocus電弧受到機(jī)械壓縮并優(yōu)化了陰極冷卻設(shè)計(jì)，使其具有一下優(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(wú)磁偏吹(4) InFocus焊槍設(shè)計(jì)科學(xué)，經(jīng)久耐用，耗材更換簡(jiǎn)單，且更易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。
[0017]基于此，本發(fā)明提出了一種新的激光-TIG電弧復(fù)合焊接方法--激光-1nFocus
電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接。
[0018]激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接相比于激光-TIG復(fù)合焊的有益效果表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):
[0019]1、InFocus電弧能量密度集中，電弧電流峰值可以高達(dá)1000A，相對(duì)于傳統(tǒng)的TIG電弧400A的峰值提高了能量利用率，從而可以降低激光能量，降低生產(chǎn)成本。激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接可焊接中厚板，彌補(bǔ)了激光-TIG電弧復(fù)合焊接主要應(yīng)用在薄板焊接的不足；
[0020]2、InFocus可實(shí)現(xiàn)高速焊接，既解決了激光-TIG復(fù)合焊接時(shí)，激光與TIG焊接速度不匹配的問(wèn)題，也極大的提高了生產(chǎn)效率；
[0021]3、由于InFocus電弧重新設(shè)計(jì)了陰極位置，電弧受到外部約束壓縮，在復(fù)合焊接過(guò)程中，等離子體受到保護(hù)氣的效果更好，提高焊接質(zhì)量；InF0Cus電弧更易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接也相應(yīng)地更易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以提高焊接效率，降低焊接成本。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接針對(duì)焊接激光無(wú)反射的材料的焊接示意圖；
[0023]圖2為激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接針對(duì)焊接激光有反射的材料的焊接示意圖；
[0024]圖3為采用激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接的焊縫表面成型圖；
[0025]圖4為采用激光-TIG電弧復(fù)合焊接在激光功率3500W，電弧電流為250A，焊接速度為500mm/min的焊縫表面成型圖；
[0026]圖5為采用激光-TIG電弧復(fù)合焊接在激光功率3500W，電弧電流為250A，焊接速度為200mm/min的焊縫表面成型圖；
[0027]圖6為采用激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接焊縫宏觀金相圖；
[0028]圖7為采用激光-TIG電弧復(fù)合焊接在激光功率3500W，電弧電流為250A，焊接速度為500mm/min的焊縫宏觀金相圖；
[0029]圖8為采用激光-TIG電弧復(fù)合焊接在激光功率3500W，電弧電流為250A，焊接速度為200mm/min的焊縫宏觀金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0031]—、焊接前將待焊工件的待焊接部位進(jìn)行坡口加工，并對(duì)加工后的雙面坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨并清洗，將打磨清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0032]二、利用夾具將激光頭與InFocus焊槍固定，若焊接對(duì)象為對(duì)焊接激光無(wú)反射的材料，則將激光頭垂直于焊接對(duì)象，調(diào)節(jié)InFocus焊槍與焊接對(duì)象角度至45?60°，并使InFocus焊槍陰極端點(diǎn)距離激光焦平面的距離為2?3mm，兩熱源作用點(diǎn)相距I?2mm ;若焊接對(duì)象為對(duì)焊接激光有反射的材料，則將InFocus焊槍垂直于焊接對(duì)象，調(diào)節(jié)激光束與水平面的夾角至45?60°，并使InFocus焊槍陰極端點(diǎn)距離激光焦平面的距離為2?6mm，兩熱源作用點(diǎn)相距I?2mm ；
[0033]三、設(shè)置焊接工藝參數(shù):光斑直徑為0.3mm，離焦量在-3?+ 3mm，激光功率500?5000W ;電弧電流為50?1000A，焊接速度為50?900mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣，保護(hù)氣流量為10?30L/min ；
[0034]四、采用機(jī)器人集成系統(tǒng)控制步驟三設(shè)置的焊接工藝參數(shù)，首先采用InFocus電弧起弧，在電弧穩(wěn)定I?2S后，向激光束和電弧相互作用的熔池區(qū)域送給焊絲，通過(guò)控制機(jī)器人使激光工作頭和InFocus焊槍共同運(yùn)動(dòng)完成焊接過(guò)程，即完成所述的激光-1nFocus電弧雙焦點(diǎn)復(fù)合焊接。
[0035]本實(shí)施方式的InFocus焊接采用Kjellberg公司生產(chǎn)的InFocus 1000A型號(hào)的焊機(jī)。
[0036]【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:步驟一中所述的坡口加工是指加工成雙V型坡口、雙U型坡口、雙Y型坡口或帶鈍邊雙U型坡口。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0037]【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:步驟二中所述的對(duì)焊接激光無(wú)反射的材料為普通碳鋼、低合金鋼、TCji；合金或銅基鐵基金屬基復(fù)合材料。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0038]【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:激光器為CO2氣體激光器、YAG固體激光器或半導(dǎo)體激光器。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0039]【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:步驟二中所述的InFocus焊槍陰極端點(diǎn)距離激光焦平面的距離均為5mm，兩熱源作用點(diǎn)相距I?2mm。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0040]【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:步驟三中所述的光斑直徑為0.3mm,離焦量在-3?+ 3mm,激光功率1000?5000W ；電弧電流為200?1000A，焊接速度為100?900mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣，流量為15?30L/min。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0041]【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:步驟三中所述的光斑直徑為0.3mm,離焦量在-3?+ 3mm,激光功率2000?5000W ；電弧電流為500?1000A，焊接速度為300?900m