CN101347870A - 激光-超小电流gma复合热源焊接方法 - Google Patents

激光-超小电流gma复合热源焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101347870A
CN101347870A CN 200810222138 CN200810222138A CN101347870A CN 101347870 A CN101347870 A CN 101347870A CN 200810222138 CN200810222138 CN 200810222138 CN 200810222138 A CN200810222138 A CN 200810222138A CN 101347870 A CN101347870 A CN 101347870A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
laser
gma
current
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200810222138
Other languages
English (en)
Other versions
CN101347870B (zh
Inventor
林尚扬
王威
王旭友
雷振
秦国梁
杜兵
卜大川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HARBIN INST OF WELDING ACADEMY OF MECHANICAL SCIENCES
Original Assignee
HARBIN INST OF WELDING ACADEMY OF MECHANICAL SCIENCES
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HARBIN INST OF WELDING ACADEMY OF MECHANICAL SCIENCES filed Critical HARBIN INST OF WELDING ACADEMY OF MECHANICAL SCIENCES
Priority to CN 200810222138 priority Critical patent/CN101347870B/zh
Publication of CN101347870A publication Critical patent/CN101347870A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101347870B publication Critical patent/CN101347870B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明提出了一种激光－超小电流GMA复合热源焊接方法。本焊接方法要解决金属薄板焊接时变形量大的技术难题，本发明的主要内容包括：复合热源焊接中GMA电弧(5)采用的平均电流为15～30A，焊接钢材时激光(1)功率大于800W，焊接铝合金时大于1600W，激光束(1)在前，GMA电弧(5)在后，光丝间距为0mm～3mm，两者熔池连成一体。本焊接方法适用于铝合金、碳钢、低合金、不锈钢以及两种上述异种金属间的板材厚度为0.5mm～4mm的薄金属板焊接。

Description

激光-超小电流GMA复合热源焊接方法
技术领域
本发明提出的激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，属于激光-电弧复合热源焊接技术领域，特别涉及到激光-超小电流GMA复合热源焊接超低变形的薄板金属材料。
技术背景
铝合金、不锈钢、碳钢薄板的焊接变形控制技术是焊接领域的技术难题之一。焊接变形与材料、焊接方法、焊接工艺等因素有关。采用常规GMA焊接铝合金、不锈钢等薄板材料的主要问题之一就是焊接接头变形量大。从焊接工艺角度考虑，降低热输入量(线能量)是减少焊接接头变形量的有效方法之一。在相同的焊接速度下，焊接电流越小，接头变形量越小。但是随着焊接电流减小，焊缝熔深也相应减小，当焊接电流减小到一定程度时例如15A～30A，甚至无法形成连续的焊缝，更谈不上焊接了。因此对于常规GMA来说，为了保证焊接接头的可靠性、获得具有一定深度熔深，就不能采用太小的电流，这也就限制了焊接接头变形量的进一步降低。
最近发展了激光-电弧的复合热源焊接方法，这种复合热源也因电弧电流比较大，对超薄金属的焊接仍不能完全解决其焊接接头的变形问题。
发明内容：
为了克服背景技术中超薄金属板的焊接接头的变形大的难题，本发明提供一种新的激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，该方法能获得金属薄板的优质、超低变形的焊接接头。
本发明的技术方案如下：
1、一种激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，激光对小电流电弧有一定稳定作用，其特征在于，
1)复合热源焊接过程中，GMA电弧5采用平均电流为15A～30A的小电流，焊接钢材时，激光1功率大于800W，焊接铝合金时激光1功率大于1600W；
2)GMA电弧5和激光1沿焊接方向排列，并且激光束1在前，GMA电弧5在后，光丝间距d为0mm～3mm，GMA电弧5与激光束1两者形成的熔池应当连成一体；
3)GMA焊枪2与水平面夹角α为45～75°。
2、根据权利要求1所述的一种激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，其特征在于，
即可以是常规混合气体GMA电弧，也可以是脉冲混合气体GMA电弧，还可以是Ar、He、CO2的GMA电弧，适用的激光类型包括Nd:YAG激光，CO2激光或光纤维激光，激光输出类型即可以是连续输出，也可以是脉冲输出。
3、根据权利要求1所述的一种激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，其特征在于，
该焊接方法适用于铝合金、碳钢、低合金钢、不锈钢以及上述两种异种金属间的厚度为0.5mm～4mm薄金属板焊接。
本发明提出的焊接方法与常规的GMA焊接方法相比最明显的优点是能够大幅度降低焊接接头的变形量，尤其焊接铝合金薄板时，与常规GMA焊接方法相比，该焊接方法能够降低焊缝变形量80％～90％。另外，提高焊接效率是本焊接方法的另一个优点。常规GMA焊接速度一般为0.3m/min～1.0m/min，而本焊接方法正常焊接速度范围为1.0m/min～3.0m/min，焊接速度提高1倍以上，焊接效率也就提高1倍以上。此外本焊接方法还具有细化焊缝晶粒，提高焊缝的机械性能的特点。
附图说明
图1本发明提出的激光-超小电流GMA复合热源焊接方法的示意图
图1中1是激光束，2是GMA电弧焊枪，3是GMA焊丝，4是焊接试板，5是GMA电弧，d＝0mm～3mm是光丝距离，即激光束光斑与GMA电弧焊丝端点间的距离，α＝45°～75°α是GMA焊枪与水平面间的夹角，箭头表示焊接方向。
在本发明的焊接方法中，复合热源中的激光束1和GMA电弧5沿焊接方向排列，并且激光束1在前，GMA电弧5在后。首先调整GMA焊枪与水平面的夹角为45°～75°，焊丝干身长度控制在10mm～17mm，然后激光束1沿焊接试板4表面呈基本垂直方向施加。由于在15A～30A的超小电流条件下单独的GMA电弧5热量小、无法保持稳定的电弧，不能形成连续焊接，激光束1与GMA电弧5两者相互作用，相辅相成而形成稳定的GMA电弧5，最终形成具有合适熔深的焊缝和超低变形量的焊接接头，这里最关键的是GMA电弧5形成的熔池和激光束1形成的熔池要连为一体。为了确保这一点，要求试板4表面的光丝距离d为0mm～3mm，输入到试板4表面的激光密度必须大于激光小孔深熔焊模式的功率密度阈值，对于焦点直径为0.6mm、波长为1.064μm的YAG激光，在焊接碳钢材料时激光功率要大于800W，在焊接铝合金时激光功率要大于1600W。
本发明使用的即可以是常规混合气体GMA电弧，也可以是脉冲混合气体GMA电弧，还可以是Ar、He、CO2的GMA电弧。适用的激光类型包括Nd:YAG激光、CO2激光或光纤激光，激光输出类型即可以是连续输出，也可以是脉冲输出。
具体实施方式
试验条件如下：激光器为德国HAAS公司生产的HL2006D型Nd:YAG固体激光器，最大输出功率2.0kW，波长1.06μm，采用焦距为200mm的焊枪，激光焦点位于工件表面下0.5mm；电弧焊机为奥地利Fonius公司生产的TPS5000型数字化GMA焊机；
铝合金焊接实例：
下面以5A06铝合金板材为例说明具体实施方案。选用直径为1.2mm的5356焊丝；试验板材为2.0mm厚的5A06铝合金，试板的尺寸为50mm×400mm；
激光-超小电流GMA复合热源焊接参数：工件表面处光丝间距d为1mm，焊接速度1m/min，激光功率1850W，送丝速度1.0m/min，平均焊接电流15A(焊接过程采用脉冲GMA焊，熔滴过渡频率为一个脉冲一个熔滴)，平均电弧电压16.7V，焊丝干伸长14mm，焊接过程用纯Ar保护，保护气体流量20L/min；GMA焊枪与水平线夹角60°。
激光-超小电流GMA复合热源焊接结果：2mm厚铝合金沿焊接接头纵向挠曲变形量为9.8mm/m，2mm铝板全焊透。
为了与常规GMA对比变形情况，又进行了一组GMA焊接试验，焊接参数如下：焊接速度1.0m/min，平均焊接电流75A(确保2mm铝板全熔透的最小电流)，平均电弧电压16.0V，焊丝干伸长14mm，保护气体流量20L/min；
常规GMA焊接结果：2mm厚铝合金沿焊接接头纵向挠曲变形量为102.5mm/m，2mm铝板全焊透。
通过以上两种焊接方法焊接2mm厚5A06铝合金试验可看出，常规GMA焊缝纵向挠曲变形量为102.5mm/m，而激光-超小电流GMA复合热源焊接接头纵向挠曲变形量为9.8mm/m。也就是说激光-超小电流GMA复合热源焊接接头的纵向挠曲变形量相当于常规GMA焊接接头的1/10。可见该焊接方法能有效地降低焊接接头变形量。
碳钢焊接实例：
下面以Q235板材为例说明具体实施方案。选用直径为1.0mm的H08Mn2Si焊丝；试验板材为1.0mm厚的Q235低碳钢，试板的尺寸为50mm×400mm；
激光-超小电流GMA复合热源焊接参数：工件表面处光丝间距d为1mm，焊接速度2m/min，激光功率900W，送丝速度1.0m/min，平均焊接电流15A(焊接过程采用脉冲GMA焊，熔滴过渡频率为一个脉冲一个熔滴)，平均电弧电压17.1V，焊丝干伸长14mm，保护气体Ar/CO2＝95/5为20L/min；GMA焊枪与水平面夹角为60°。
激光-超小电流GMA复合热源焊接结果：焊缝熔深为1mm低碳钢板全焊透，1mm厚低碳钢板沿焊接接头纵向挠曲变形量为5.1mm/m。
为了与常规GMA对比变形情况，又进行了一组GMA焊接试验，焊接参数如下：焊接速度1.0m/min，平均焊接电流80A，平均电弧电压16.5V，焊丝干伸长14mm，保护气体Ar/CO2＝95/5为20L/min。
常规GMA焊接结果：焊缝熔深为1mm低碳钢板全焊透，1mm厚低碳钢板沿焊接接头纵向挠曲变形量为67.5mm/m，。
通过以上两种焊接方法焊接1mm厚Q235低碳钢薄板试验可看出，常规GMA焊缝纵向挠曲变形量为67.5mm/m，而激光-超小电流GMA复合热源焊接接头纵向挠曲变形量为5.1mm/m。也就是说激光-超小电流GMA复合热源焊接接头的纵向挠曲变形量相当于常规GMA焊接接头的1/13。
不锈钢焊接实例：
下面以304不锈钢板材为例说明具体实施方案。选用直径为1.0mm的307焊丝；试验板材为1.5mm厚的304不锈钢，试板的尺寸为50mm×400mm。
激光-超小电流GMA复合热源焊接参数：工件表面处光丝间距d为1mm，焊接速度2.5m/min，激光功率1100W，送丝速度1.5m/min，平均焊接电流20A(焊接过程采用脉冲GMA焊，熔滴过渡频率为一个脉冲一个熔滴)，平均电弧电压17.2V，焊丝干伸长14mm，保护气体Ar/CO2＝90/10为20L/min，GMA焊枪与水平面夹角为60°。
激光-超小电流GMA复合热源焊接结果：焊缝熔深为1.5mm不锈钢板全焊透，1.5mm不锈钢板沿焊接接头纵向挠曲变形量为7.5mm/m。
为了与常规GMA对比变形情况，又进行了一组GMA焊接试验，焊接参数如下：焊接速度1.0m/min，平均焊接电流100A，平均电弧电压17.2V，焊丝干伸长14mm，保护气体Ar/CO2＝90/10为20L/min。
常规GMA焊接结果：焊缝熔深为1.5mm不锈钢板全焊透，1mm厚低碳钢板沿焊缝纵向挠曲变形量为70.5mm/m。
通过以上两种焊接方法焊接1.5mm厚304不锈钢薄板试验可看出，常规GMA焊接接头纵向挠曲变形量为70.5mm/m，而激光-超小电流GMA复合热源焊接接头纵向挠曲变形量为7.5mm/m。也就是说激光-超小电流GMA复合热源焊接接头的纵向挠曲变形量相当于常规GMA焊接接头的1/9。

Claims (3)

1、一种激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，激光对小电流电弧有一定稳定作用，其特征在于，
1)复合热源中GMA电弧(5)采用平均电流为15～30A的小电流，焊接钢材时，激光束(1)功率大于800W，焊接铝合金时激光束(1)功率大于1600W；
2)GMA电弧(5)和激光束(1)沿焊接方向排列，并且激光束(1)在前，GMA电弧(5)在后，光丝间距d为0mm～3mm，GMA电弧(5)与激光束(1)两者形成的熔池应当连成一体；
3)GMA焊枪(2)与水平面夹角α为45°～75°。
2、根据权利要求1所述的一种激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，其特征在于，
即可以是常规混合气体GMA电弧，也可以是脉冲混合气体GMA电弧，还可以是纯Ar、He、CO2的GMA电弧；适用的激光类型包括Nd:YAG激光，CO2激光或光纤维激光，激光输出类型即可以是连续输出，也可以是脉冲输出。
3、根据权利要求1所述的一种激光-超小电流GMA复合热源焊接方法，其特征在于，
该焊接方法适用于铝合金、碳钢、低合金钢、不锈钢以及上述两种异种金属间的厚度为0.5mm～4mm薄金属板焊接。
CN 200810222138 2008-09-10 2008-09-10 激光-超小电流gma复合热源焊接方法 Expired - Fee Related CN101347870B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810222138 CN101347870B (zh) 2008-09-10 2008-09-10 激光-超小电流gma复合热源焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810222138 CN101347870B (zh) 2008-09-10 2008-09-10 激光-超小电流gma复合热源焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101347870A true CN101347870A (zh) 2009-01-21
CN101347870B CN101347870B (zh) 2010-06-16

Family

ID=40266927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200810222138 Expired - Fee Related CN101347870B (zh) 2008-09-10 2008-09-10 激光-超小电流gma复合热源焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101347870B (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101954543A (zh) * 2010-08-04 2011-01-26 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种铝合金薄板t型接头无飞溅低变形优质高效焊接方法
CN102069306A (zh) * 2011-02-11 2011-05-25 天津大学 激光－双丝脉冲电弧复合焊接系统
CN102883852A (zh) * 2009-07-31 2013-01-16 株式会社神户制钢所 异种材料焊接用填充焊剂焊丝、异种材料激光焊接方法以及异种材料mig焊接方法
CN103286458A (zh) * 2013-06-03 2013-09-11 中国钢研科技集团有限公司 一种激光-电弧复合焊接方法
CN103418919A (zh) * 2013-08-29 2013-12-04 首都航天机械公司 异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法
CN103801845A (zh) * 2014-03-13 2014-05-21 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 基于光束扫描的铁或镍基材料激光mig复合堆焊方法
CN104014934A (zh) * 2014-06-19 2014-09-03 兰州理工大学 适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法
CN104551391A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 北京石油化工学院 一种激光增强水下gmaw熔滴过渡控制方法
US9061374B2 (en) 2010-03-08 2015-06-23 Kobe Steel, Ltd. Laser/arc hybrid welding method and method for producing welded member using same
CN105624672A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 无锡透平叶片有限公司 一种汽轮机叶片激光热丝熔覆防水蚀方法
CN106271139A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 南京先进激光技术研究院 一种Invar钢激光‑电弧复合焊接方法
CN107252977A (zh) * 2017-07-21 2017-10-17 上海交通大学 一种激光+mig/mag单面焊接的方法
CN107363407A (zh) * 2017-08-16 2017-11-21 温州大学 一种多焦点激光加强电弧复合焊的方法
CN108544093A (zh) * 2018-03-26 2018-09-18 天津电力机车有限公司 一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法
CN113427132A (zh) * 2021-07-06 2021-09-24 中车广东轨道交通车辆有限公司 铝合金与不锈钢的激光-双tig电弧复合自熔钎焊方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100425384C (zh) * 2006-02-15 2008-10-15 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种大光斑激光与电弧复合热源连接异种金属的方法
CN1943959A (zh) * 2006-10-20 2007-04-11 大连理工大学 一种激光－电弧复合加工方法
CN101214584B (zh) * 2008-01-21 2011-02-09 哈尔滨工业大学 附加机械力的中小功率激光-gma电弧复合焊接方法

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102883852A (zh) * 2009-07-31 2013-01-16 株式会社神户制钢所 异种材料焊接用填充焊剂焊丝、异种材料激光焊接方法以及异种材料mig焊接方法
CN102883852B (zh) * 2009-07-31 2015-11-25 株式会社神户制钢所 异种材料焊接用填充焊剂焊丝、异种材料激光焊接方法以及异种材料mig焊接方法
US9061374B2 (en) 2010-03-08 2015-06-23 Kobe Steel, Ltd. Laser/arc hybrid welding method and method for producing welded member using same
CN101954543A (zh) * 2010-08-04 2011-01-26 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种铝合金薄板t型接头无飞溅低变形优质高效焊接方法
CN102069306A (zh) * 2011-02-11 2011-05-25 天津大学 激光－双丝脉冲电弧复合焊接系统
CN103286458A (zh) * 2013-06-03 2013-09-11 中国钢研科技集团有限公司 一种激光-电弧复合焊接方法
CN103286458B (zh) * 2013-06-03 2015-09-30 中国钢研科技集团有限公司 一种激光-电弧复合焊接方法
CN103418919B (zh) * 2013-08-29 2015-09-30 首都航天机械公司 异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法
CN103418919A (zh) * 2013-08-29 2013-12-04 首都航天机械公司 异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法
CN103801845A (zh) * 2014-03-13 2014-05-21 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 基于光束扫描的铁或镍基材料激光mig复合堆焊方法
CN103801845B (zh) * 2014-03-13 2016-05-25 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 基于光束扫描的铁或镍基材料激光mig复合堆焊方法
CN104014934A (zh) * 2014-06-19 2014-09-03 兰州理工大学 适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法
CN104014934B (zh) * 2014-06-19 2016-08-24 兰州理工大学 适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法
CN104551391A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 北京石油化工学院 一种激光增强水下gmaw熔滴过渡控制方法
CN105624672A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 无锡透平叶片有限公司 一种汽轮机叶片激光热丝熔覆防水蚀方法
CN106271139A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 南京先进激光技术研究院 一种Invar钢激光‑电弧复合焊接方法
CN107252977A (zh) * 2017-07-21 2017-10-17 上海交通大学 一种激光+mig/mag单面焊接的方法
CN107252977B (zh) * 2017-07-21 2019-03-12 上海交通大学 一种激光+mig/mag单面焊接的方法
CN107363407A (zh) * 2017-08-16 2017-11-21 温州大学 一种多焦点激光加强电弧复合焊的方法
CN108544093A (zh) * 2018-03-26 2018-09-18 天津电力机车有限公司 一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法
CN113427132A (zh) * 2021-07-06 2021-09-24 中车广东轨道交通车辆有限公司 铝合金与不锈钢的激光-双tig电弧复合自熔钎焊方法
CN113427132B (zh) * 2021-07-06 2022-03-11 中车广东轨道交通车辆有限公司 铝合金与不锈钢的激光-双tig电弧复合自熔钎焊方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101347870B (zh) 2010-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101347870B (zh) 激光-超小电流gma复合热源焊接方法
CN104384717B (zh) 一种厚板窄间隙实施对焊的摆动激光-热丝焊接方法
CN100556602C (zh) 超声波辅助激光钎焊或激光钎熔焊的方法
CN101367157B (zh) 一种高强或超高强钢激光-电弧复合热源焊接方法
CN103862177B (zh) 激光-gma电弧复合热源填丝焊接方法
WO2011111634A1 (ja) レーザー・アーク複合溶接方法及び該溶接方法による溶接部材の製造方法
CN104907696B (zh) 一种考虑焊接电流值的激光-电弧复合焊接方法
CN104874919B (zh) 一种厚板窄间隙激光焊接方法
Kah et al. The effect of the relative location of laser beam with arc in different hybrid welding processes
CN103252589A (zh) 用于厚板高强或超高强钢拼焊的激光-mag复合焊接方法
CN102161134A (zh) 变极性方波钨极氩弧和激光复合焊接方法
CN103801833A (zh) 一种厚板窄间隙激光填丝焊接方法
CN101992354A (zh) 微束等离子弧和激光复合焊接方法
CN102990235A (zh) 一种采用双tig焊枪的激光填丝焊的熔丝方法
CN105798462A (zh) 一种利用激光-mag复合热源的焊接方法
CN103831533A (zh) 钛合金激光－mig复合焊接方法
CN103831541A (zh) 高强钢对接接头激光-mig电弧复合焊接方法
CN104400225A (zh) 一种Ti2AlNb金属间化合物激光焊接方法
EP2695694A1 (en) Method of welding of elements for the power industry, particulary of sealed wall panels of power boilers using MIG/MAG and laser welding
CN100509256C (zh) 一种用于大光斑激光-电弧复合热源连接异种金属的钎剂
JP5954009B2 (ja) 溶接鋼管の製造方法
CN108705195A (zh) 能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法
CN109226968A (zh) 一种板材双面窄间隙扫描振镜激光-mag复合焊接的方法
CN104889569A (zh) 一种脉冲激光-电弧复合焊接方法
CN104349863A (zh) 激光电弧复合焊接方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100616

Termination date: 20150910

EXPY Termination of patent right or utility model