一种脉冲激光-电弧复合焊接方法
一种脉冲激光-电弧复合焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种焊接方法，具体是涉及一种脉冲激光-电弧复合焊接方法。
【背景技术】
[0002]熔化极脉冲电弧焊接能够利用周期性变化的脉冲电流控制熔滴过渡和焊接热输入，实现良好的焊接过程。该方法的缺点为:在进行高速度焊接时无法确保焊缝质量，以及获得较大的熔深。而激光-电弧复合焊接方法是将激光与电弧两种热源有机结合起来，通过激光与电弧的相互作用改善激光能量的吸收与电弧的稳定性。
[0003]美国专利US6596969B1公开了一种激光-电弧复合焊接方法，采用连续激光与脉冲电弧进行复合焊接，电流脉冲可以为直流脉冲或交流脉冲，脉冲之间的间隔为0.1ms,该方法可在高焊速下稳定电弧放电，获得较大熔深。但是，由于激光连续输出导致焊缝金属过热，增大了热影响区。
[0004]俄罗斯专利RU2412032公开了一种高强钢管纵缝接头焊接方法，对焊接工件开X型坡口，对管外焊缝采用激光-电弧焊接，管内焊缝采用单道电弧气保焊接或埋弧焊。在焊接过程中，电弧脉冲频率与激光脉冲频率一致，为380-420HZ，可采用较高焊速，获得较大的熔深。但该方法只针对于高强钢管，不适用于铝合金焊接，同时电弧和激光的脉冲调制频率范围较窄。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种工艺简单、实施容易、使用效果好，能够针对钢和铝合金等材料进行复合焊接，获得高质量的焊接接头，并且可使用较高的焊接速度，以及得到较大的熔深的脉冲激光-电弧复合焊接方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特点是:在保护气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，且脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400HZ。
[0007]为了使采用的激光器符合本发明的使用要求，上述激光器为平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纤或0)2或制:￥八6激光器，且激光器的最大功率为5KW，平均焊接电流为100-300A。
[0008]为了达到更好的焊接效果，上述脉冲激光和脉冲电弧在焊接过程中输入的能量比值为0.5-2 O
[0009]为了有效地确保不同厚度的待焊工件的焊接质量，当上述待焊工件为厚度l_6mm的钢和厚度1_4_的铝合金时，无需开坡口，单道焊完成；当上述待焊工件为大厚度板时，开10-30°的Y型窄坡口，且钝边厚度为2-4mm，多道焊完成。
[0010]为了达到本发明的焊接要求，上述熔化极焊接设备在焊接过程中使用的焊丝的直径为 0.8-1.6mm。
[0011]为了对焊接过程进行有效的保护，上述保护气体为0)2或々1.或He或其混合气体。
[0012]为了进一步提高焊接质量，上述脉冲激光的中心线与垂直待焊工件表面的垂直线之间的夹角为0-10°。且上述脉冲激光的中心线与熔化极焊接设备的电弧焊炬轴线之间的夹角为25-50°。
[0013]本发明由于采用了脉冲激光与脉冲电弧进行复合焊接的方法，通过该复合焊接方法，在焊接过程中，能够有效消除金属过热，并能提高焊接速度(不低于激光焊的速度)以及增大熔深，从而得到高质量的焊接接头。而且，该方法借助脉冲激光与脉冲电弧的复合，可用于不同技术领域，例如:可用于焊接纵缝管、火车车厢、汽车车身、船体局部、海洋平台局部、火箭壳体等，并获得优质金属材料焊接接头。而且，该方法的焊接工艺简单、实施容易、使用效果好。
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的焊接示意图。
[0016]图2为采用连续激光焊接钢获得的接头截面示意图。
[0017]图3为脉冲激光和脉冲电弧不是采用同步脉冲调制时焊接钢获得的接头截面示意图。
[0018]图4为脉冲激光和脉冲电弧采用同步脉冲调制时焊接钢获得的接头截面示意图。
[0019]图5为采用连续激光焊接钢获得的焊缝形貌示意图。
[0020]图6为脉冲激光和脉冲电弧不是采用同步脉冲调制时焊接钢获得的焊缝形貌示意图。
[0021]图7为脉冲激光和脉冲电弧采用同步脉冲调制时焊接钢获得的焊缝形貌示意图。
[0022]图8为本发明开Y型坡口的形状示意图。
[0023]图9为焊接铝合金获得的焊缝形貌示意图。
【具体实施方式】
[0024]本发明所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，该方法是:根据所需要成型的焊缝余高和需要达到的熔深，确定脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率，然后在保护气体CO2或Ar或He或C02、Ar和He的混合气体或C02、Ar和He其中任意两种的混合气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，其中脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400HZ，且脉冲激光和脉冲电弧在焊接过程中输入的能量比值为0.5-2，而激光器为平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纤或0)2或Nd = YAG激光器，且激光器的最大功率为5KW，平均焊接电流为100-300A ;同时，熔化极焊接设备在焊接过程中使用的焊丝的直径为0.8-1.6mm。为了有效地确保不同厚度的待焊工件的焊接质量，当待焊工件为厚度l_6mm的钢和厚度l_4mm的铝合金时，无需开坡口，单道焊完成；如图8所示，当待焊工件为大厚度板时，即待焊工件为厚度H大于6mm的钢或厚度H大于4_的销合金或厚度H大于4_的其它金属板时，开10-30°的Y型窄坡口，且钝边厚度h为2-4mm，多道焊完成。
[0025]如图1所示，将脉冲激光I与电弧焊炬2产生的脉冲电弧作用于待焊工件3的表面形成共熔池5，在焊接过程中形成焊缝4，脉冲激光I与焊丝间距L为l-10mm。沿标号6所示的焊接方向，脉冲电弧可位于激光辐射之前，也可位于激光辐射之后。在焊接过程中，脉冲激光I的中心线与垂直待焊工件3表面的垂直线之间的夹角α为0-10°，且脉冲激光I的中心线与熔化极焊接设备的电弧焊炬2轴线之间的夹角β为25-50°。
[0026]实施例一:
对厚度5mm的Ct3钢进行激光-电弧复合焊接，采用直径01.2 mm的C B -08 Γ 2 C焊丝，焊接过程中单位线能量270-290J/mm，焊速90m/h ；
采用连续Nd = YAG激光，功率3.0kff,电流180A、电压24V进行焊接，焊缝形貌如图5所示，接头截面如图2所示；
采用脉冲Nd:YAG激光，平均功率3.0kff (最大功率4.4kW)，频率200Hz ;脉冲电弧平均电流160A，频率100Hz，电压22V进行焊接，焊缝形貌如图6所示，接头截面如图3所示；
采用脉冲Nd: YAG激光，平均功率3.0kff (最大功率4.4kW)，频率10Hz，脉冲电弧平均电流160A，频率100Hz，电压22V进行焊接，焊缝形貌如图7所示，接头截面如图4所示；比较三组参数及试验结果，发现在激光-电弧复合焊接时，脉冲激光、脉冲电弧采用同步脉冲调制时可提高熔深35%，同时也可改善焊缝余高成型。
[0027]实施例二:
在厚度6mm的AM r6合金的堆焊上层焊道，采用直径01.2 mm的CB-AMr6焊丝，在氩气保护环境中以120m/h的焊速进行焊接；
采用连续激光与脉冲电弧复合焊接，其中激光功率3.0KW，脉冲电弧平均电流180A、电压19V、频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的a所示；
采用脉冲激光进行焊接，平均功率3.0KW、最大功率4.4KW，脉冲频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的b所示；
采用脉冲激光与脉冲电弧复合焊接，激光平均功率3.0KW、最大功率4.4KW、脉冲频率130Hz，脉冲电弧电流180A、电压19V、脉冲频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的c所示；
采用连续激光进行焊接，功率3.0Kff ;焊缝形貌如图9中的d所示；
采用脉冲电弧进行焊接，平均电流180A、电压19V、脉冲频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的e所示；
结果表明，脉冲激光与脉冲电弧复合焊时焊道成型最好。进一步的试验证实，在脉冲调制下进行复合焊，熔深比连续激光复合焊的高30-40%。
[0028]本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
【主权项】
1.一种脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于:在保护气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，且脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400HZ。2.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述激光器为平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纤或0)2或Nd = YAG激光器，且激光器的最大功率为5KW，平均焊接电流为100-300A。3.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述脉冲激光和脉冲电弧在焊接过程中输入的能量比值为0.5-2ο4.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于当上述待焊工件为厚度1_6_的钢和厚度1-4_的销合金时，无需开坡口，单道焊完成；当上述待焊工件为大厚度板时，开10-30°的Y型窄坡口，且钝边厚度为2-4mm，多道焊完成。5.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述熔化极焊接设备在焊接过程中使用的焊丝的直径为0.8-1.6_。6.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述保护气体为0)2或Ar或He或其混合气体。7.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述脉冲激光的中心线与垂直待焊工件表面的垂直线之间的夹角为0-10°。8.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述脉冲激光的中心线与熔化极焊接设备的电弧焊炬轴线之间的夹角为25-50°。
【专利摘要】一种脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特点是：在保护气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，且脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400Hz。本发明由于采用了脉冲激光与脉冲电弧进行复合焊接的方法，通过该复合焊接方法，在焊接过程中，能够有效消除金属过热，并能提高焊接速度（不低于激光焊的速度）以及增大熔深，从而得到高质量的焊接接头。而且，该方法的焊接工艺简单、实施容易、使用效果好。
【IPC分类】B23K26/348
【公开号】CN104889569
【申请号】CN201510296236
【发明人】克里夫出·益戈里, 郭瑞·弗拉基米尔, 哈斯金·弗拉基斯拉夫, 阿纳托利·热尔那西科夫, 罗子艺, 陈和兴, 王亚琴, 董春林, 韩善果, 蔡得涛
【申请人】广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种焊接方法，具体是涉及一种脉冲激光-电弧复合焊接方法。
【背景技术】
[0002]熔化极脉冲电弧焊接能够利用周期性变化的脉冲电流控制熔滴过渡和焊接热输入，实现良好的焊接过程。该方法的缺点为:在进行高速度焊接时无法确保焊缝质量，以及获得较大的熔深。而激光-电弧复合焊接方法是将激光与电弧两种热源有机结合起来，通过激光与电弧的相互作用改善激光能量的吸收与电弧的稳定性。
[0003]美国专利US6596969B1公开了一种激光-电弧复合焊接方法，采用连续激光与脉冲电弧进行复合焊接，电流脉冲可以为直流脉冲或交流脉冲，脉冲之间的间隔为0.1ms,该方法可在高焊速下稳定电弧放电，获得较大熔深。但是，由于激光连续输出导致焊缝金属过热，增大了热影响区。
[0004]俄罗斯专利RU2412032公开了一种高强钢管纵缝接头焊接方法，对焊接工件开X型坡口，对管外焊缝采用激光-电弧焊接，管内焊缝采用单道电弧气保焊接或埋弧焊。在焊接过程中，电弧脉冲频率与激光脉冲频率一致，为380-420HZ，可采用较高焊速，获得较大的熔深。但该方法只针对于高强钢管，不适用于铝合金焊接，同时电弧和激光的脉冲调制频率范围较窄。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种工艺简单、实施容易、使用效果好，能够针对钢和铝合金等材料进行复合焊接，获得高质量的焊接接头，并且可使用较高的焊接速度，以及得到较大的熔深的脉冲激光-电弧复合焊接方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特点是:在保护气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，且脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400HZ。
[0007]为了使采用的激光器符合本发明的使用要求，上述激光器为平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纤或0)2或制:￥八6激光器，且激光器的最大功率为5KW，平均焊接电流为100-300A。
[0008]为了达到更好的焊接效果，上述脉冲激光和脉冲电弧在焊接过程中输入的能量比值为0.5-2 O
[0009]为了有效地确保不同厚度的待焊工件的焊接质量，当上述待焊工件为厚度l_6mm的钢和厚度1_4_的铝合金时，无需开坡口，单道焊完成；当上述待焊工件为大厚度板时，开10-30°的Y型窄坡口，且钝边厚度为2-4mm，多道焊完成。
[0010]为了达到本发明的焊接要求，上述熔化极焊接设备在焊接过程中使用的焊丝的直径为 0.8-1.6mm。
[0011]为了对焊接过程进行有效的保护，上述保护气体为0)2或々1.或He或其混合气体。
[0012]为了进一步提高焊接质量，上述脉冲激光的中心线与垂直待焊工件表面的垂直线之间的夹角为0-10°。且上述脉冲激光的中心线与熔化极焊接设备的电弧焊炬轴线之间的夹角为25-50°。
[0013]本发明由于采用了脉冲激光与脉冲电弧进行复合焊接的方法，通过该复合焊接方法，在焊接过程中，能够有效消除金属过热，并能提高焊接速度(不低于激光焊的速度)以及增大熔深，从而得到高质量的焊接接头。而且，该方法借助脉冲激光与脉冲电弧的复合，可用于不同技术领域，例如:可用于焊接纵缝管、火车车厢、汽车车身、船体局部、海洋平台局部、火箭壳体等，并获得优质金属材料焊接接头。而且，该方法的焊接工艺简单、实施容易、使用效果好。
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的焊接示意图。
[0016]图2为采用连续激光焊接钢获得的接头截面示意图。
[0017]图3为脉冲激光和脉冲电弧不是采用同步脉冲调制时焊接钢获得的接头截面示意图。
[0018]图4为脉冲激光和脉冲电弧采用同步脉冲调制时焊接钢获得的接头截面示意图。
[0019]图5为采用连续激光焊接钢获得的焊缝形貌示意图。
[0020]图6为脉冲激光和脉冲电弧不是采用同步脉冲调制时焊接钢获得的焊缝形貌示意图。
[0021]图7为脉冲激光和脉冲电弧采用同步脉冲调制时焊接钢获得的焊缝形貌示意图。
[0022]图8为本发明开Y型坡口的形状示意图。
[0023]图9为焊接铝合金获得的焊缝形貌示意图。
【具体实施方式】
[0024]本发明所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，该方法是:根据所需要成型的焊缝余高和需要达到的熔深，确定脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率，然后在保护气体CO2或Ar或He或C02、Ar和He的混合气体或C02、Ar和He其中任意两种的混合气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，其中脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400HZ，且脉冲激光和脉冲电弧在焊接过程中输入的能量比值为0.5-2，而激光器为平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纤或0)2或Nd = YAG激光器，且激光器的最大功率为5KW，平均焊接电流为100-300A ;同时，熔化极焊接设备在焊接过程中使用的焊丝的直径为0.8-1.6mm。为了有效地确保不同厚度的待焊工件的焊接质量，当待焊工件为厚度l_6mm的钢和厚度l_4mm的铝合金时，无需开坡口，单道焊完成；如图8所示，当待焊工件为大厚度板时，即待焊工件为厚度H大于6mm的钢或厚度H大于4_的销合金或厚度H大于4_的其它金属板时，开10-30°的Y型窄坡口，且钝边厚度h为2-4mm，多道焊完成。
[0025]如图1所示，将脉冲激光I与电弧焊炬2产生的脉冲电弧作用于待焊工件3的表面形成共熔池5，在焊接过程中形成焊缝4，脉冲激光I与焊丝间距L为l-10mm。沿标号6所示的焊接方向，脉冲电弧可位于激光辐射之前，也可位于激光辐射之后。在焊接过程中，脉冲激光I的中心线与垂直待焊工件3表面的垂直线之间的夹角α为0-10°，且脉冲激光I的中心线与熔化极焊接设备的电弧焊炬2轴线之间的夹角β为25-50°。
[0026]实施例一:
对厚度5mm的Ct3钢进行激光-电弧复合焊接，采用直径01.2 mm的C B -08 Γ 2 C焊丝，焊接过程中单位线能量270-290J/mm，焊速90m/h ；
采用连续Nd = YAG激光，功率3.0kff,电流180A、电压24V进行焊接，焊缝形貌如图5所示，接头截面如图2所示；
采用脉冲Nd:YAG激光，平均功率3.0kff (最大功率4.4kW)，频率200Hz ;脉冲电弧平均电流160A，频率100Hz，电压22V进行焊接，焊缝形貌如图6所示，接头截面如图3所示；
采用脉冲Nd: YAG激光，平均功率3.0kff (最大功率4.4kW)，频率10Hz，脉冲电弧平均电流160A，频率100Hz，电压22V进行焊接，焊缝形貌如图7所示，接头截面如图4所示；比较三组参数及试验结果，发现在激光-电弧复合焊接时，脉冲激光、脉冲电弧采用同步脉冲调制时可提高熔深35%，同时也可改善焊缝余高成型。
[0027]实施例二:
在厚度6mm的AM r6合金的堆焊上层焊道，采用直径01.2 mm的CB-AMr6焊丝，在氩气保护环境中以120m/h的焊速进行焊接；
采用连续激光与脉冲电弧复合焊接，其中激光功率3.0KW，脉冲电弧平均电流180A、电压19V、频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的a所示；
采用脉冲激光进行焊接，平均功率3.0KW、最大功率4.4KW，脉冲频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的b所示；
采用脉冲激光与脉冲电弧复合焊接，激光平均功率3.0KW、最大功率4.4KW、脉冲频率130Hz，脉冲电弧电流180A、电压19V、脉冲频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的c所示；
采用连续激光进行焊接，功率3.0Kff ;焊缝形貌如图9中的d所示；
采用脉冲电弧进行焊接，平均电流180A、电压19V、脉冲频率130Hz ;焊缝形貌如图9中的e所示；
结果表明，脉冲激光与脉冲电弧复合焊时焊道成型最好。进一步的试验证实，在脉冲调制下进行复合焊，熔深比连续激光复合焊的高30-40%。
[0028]本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
【主权项】
1.一种脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于:在保护气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，且脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400HZ。2.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述激光器为平均功率0.5-3.5kff的碟片或光纤或0)2或Nd = YAG激光器，且激光器的最大功率为5KW，平均焊接电流为100-300A。3.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述脉冲激光和脉冲电弧在焊接过程中输入的能量比值为0.5-2ο4.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于当上述待焊工件为厚度1_6_的钢和厚度1-4_的销合金时，无需开坡口，单道焊完成；当上述待焊工件为大厚度板时，开10-30°的Y型窄坡口，且钝边厚度为2-4mm，多道焊完成。5.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述熔化极焊接设备在焊接过程中使用的焊丝的直径为0.8-1.6_。6.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述保护气体为0)2或Ar或He或其混合气体。7.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述脉冲激光的中心线与垂直待焊工件表面的垂直线之间的夹角为0-10°。8.根据权利要求1所述的脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特征在于上述脉冲激光的中心线与熔化极焊接设备的电弧焊炬轴线之间的夹角为25-50°。
【专利摘要】一种脉冲激光-电弧复合焊接方法，其特点是：在保护气体的保护下，通过将激光器产生的脉冲激光和熔化极焊接设备产生的脉冲电弧同时作用于待焊工件的同一位置形成共熔池的方式对待焊工件进行焊接，且脉冲激光和脉冲电弧的脉冲调制频率为100-400Hz。本发明由于采用了脉冲激光与脉冲电弧进行复合焊接的方法，通过该复合焊接方法，在焊接过程中，能够有效消除金属过热，并能提高焊接速度（不低于激光焊的速度）以及增大熔深，从而得到高质量的焊接接头。而且，该方法的焊接工艺简单、实施容易、使用效果好。
【IPC分类】B23K26/348
【公开号】CN104889569
【申请号】CN201510296236
【发明人】克里夫出·益戈里, 郭瑞·弗拉基米尔, 哈斯金·弗拉基斯拉夫, 阿纳托利·热尔那西科夫, 罗子艺, 陈和兴, 王亚琴, 董春林, 韩善果, 蔡得涛
【申请人】广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日
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