CN101434011B - 中厚度镁合金co2激光-mig复合焊接工艺 - Google Patents

中厚度镁合金co2激光-mig复合焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明是一种中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺，该工艺包括焊接接头设计和方式设计；设定复合方式和热源间距；调节He、Ar混合气比例；按熔深和镁合金板厚度选择CO2激光焊接的激光功率、焊接速度；选择MIG焊的气流量和焊接电流；最后完成复合焊工艺。该工艺解决了常规TIG、激光-TIG复合焊难以高质、高效完成中厚度镁合金的焊接问题，也弥补了单热源焊接中厚度镁合金的不足，具有焊接熔深大，焊接速度快、工件变形小，装配要求低、熔池搭桥能力强，易于集成等特点，能有效控制镁合金焊接过程中因过热造成焊缝及母材晶粒过大等问题。

Description

中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺
技术领域
本发明属于焊接领域，具体地说就是中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺，它适用于4mm～25mm厚的镁合金材料的焊接。
背景技术
焊接技术是现代制造工业中不可缺少的重要组成部分，已经渗透到现代机械制造业的各个生产领域。优质、高效成为衡量一种焊接方法和焊接工艺是否优良的标志。
镁合金具有熔点低、线膨胀系数及热导系数高等特点，导致镁合金在焊接过程中容易出现氧化燃烧、裂纹以及热影响区过宽等问题。通过多年的研究，国内外在镁合金焊接方面有较大的进步，主要包括镁合金TIG焊、激光-TIG焊、FSW焊、单激光焊或电子束焊等，但大部份的理论、工艺研究都是基于薄板。由于镁合金焊接特性决定了其随着板厚的增加，焊接问题变得更加严重。现研究的TIG焊接方法一般用于3mm以下的薄板焊接，存在焊接效率低、热输入大等问题。如FSW焊对工装和使用条件要求严格，而激光焊存在对装配要求高、熔池搭桥能力差等缺陷。尤其是对于规格尺寸为4mm～25mm的中厚度镁合金板的焊接技术更是极待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有TIG焊、激光-TIG焊、FSW焊、单激光焊或电子束焊等在焊接中厚度镁合金板中所存在的不足，提供一种焊接熔深大、焊接速度快、效率低、工件变形小、装配要求低、熔池搭桥能力强、易于集成等特点的中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：
a、焊接接头设计：根据中厚度镁合金板厚4mm～25mm，设定接头不开坡口或开坡口；
b、焊接方式设计：根据中厚度镁合金板厚4mm～25mm，采用单面焊双面成形工艺或双面焊双面成形工艺；两板对接间隙为0～1mm；
c、设定复合方式和热源间距：复合方式采用CO2激光焊在前、MIG焊在后同步进行；设计激光焊枪与MIG焊枪的角度位置，及热源间距为1mm～2mm；
d、调节He、Ar混合气比例：通过调节阀调定He、Ar混合气比例按体积比为1∶2；
e、根据复合方式设置焊接工艺参数：
①根据熔深和镁合金板厚选择CO2激光焊的激光功率：1500W～5000W；
焊接速度范围：0.5m/s～2m/s；
离焦量为0；
②选择MIG焊的气流量：20L/min～25L/min；
焊接电流：60A～210A；干伸长：10mm～14mm；
f、同步进行复合焊接。
所述的焊接接头当板厚4mm～20mm时，不开坡口；当板厚20mm～25mm时，开双面坡口，坡口角度为18°～22°，留钝边15mm。
所述的焊接方式当板厚为4mm～12mm时，采用单面焊双面成形工艺；当板厚12mm～25mm时，采用双面焊双面成形工艺。
所述的MIG焊枪相对镁合金板倾斜角度为60°～70°；激光焊枪与MIG焊枪夹角为20°～30°。
与现有技术相比本发明的有益效果是：①通过CO2激光-MIG复合焊的复合方式、热源间距、气体配比和激光参数等控制，可实现中厚度镁合金板的焊接，获得焊缝表面干净、光滑、成型好、无凹陷等优点，尤其是12mm以下厚度的镁合金板无需开坡口能一次性焊透，这可从图4、图5的正、反面形貌图可知；②通过激光和MIG两热源之间的相互作用，弥补了单热源焊接工艺的不足，具有焊接熔深大、焊接速度快、工件变形小、装配要求低、熔池搭桥能力强、易于集成等特点；③由于具有高速、低变形的焊接特征，故能有效控制镁合金焊接过程中因过热造成的焊缝及母材晶粒过大等问题。总之，它解决了常规TIG、激光-TIG复合焊等方法难以高质、高效完成中厚度镁合金的焊接问题。
附图说明
图1为本发明的激光功率、焊接速度与熔深的关系曲线图。
图2为本发明CO2激光-MIG复合焊的焊接装置示意图。
图3为25mm厚的镁合金板的复合焊接头形式图。
图4为10mm厚镁合金板采用本发明焊接后的正面形貌图。
图5为10mm厚镁合金板采用本发明焊接后的反面形貌图。
具体实施方式
本发明决定对中厚度镁合金板1的焊接采用CO2激光-MIG复合焊工艺后，按如下步骤实施：
1)进行焊接接头设计和焊接方式设计：(1)根据板厚t设计是否开坡口及坡口角度r，(2)根据板厚t确定单面焊或双面焊，(3)设定接头间隙，(4)按CO2激光焊在前、MIG熔化极氩弧焊在后同步进行的复合方式，并设定热源间距a；
2)按要求操纵混合气体调节阀来调节氦气(He)和氩气(Ar)按体积比的混合比例；
3)设计焊接工艺参数：(1)对于激光焊的激光功率选择参照图1，根据熔深尺寸和焊接速度的要求，在四条不同的焊接曲线上可对应查到激光功率的大小；其中曲线I的焊接速度为500mm/min；曲线II的焊接速度为1000mm/min；曲线III的焊接速度为1500mm/min；曲线IV的焊接速度为2000mm/min；(2)选择MIG焊的气流量、焊接电流和气流量。
4)同步进行复合焊接时选择图2焊接装置图，图2中1：镁合金板、2：CO2激光焊枪、3：MIG焊枪、α：MIG焊枪相对镁合金板的倾斜角度、β：CO2激光焊枪与MIG焊枪夹角、a：热源间距。将激光焊枪2和MIG焊枪3按图示焊接方向和相关位置要求捆绑在一个焊接装置上。并设计MIG焊枪3相对镁合金板1倾斜角度α＝60°～70°；激光焊枪2与MIG焊枪3夹角β＝20°～30°，焊枪行进由电动进行。
图3是t＝25mm厚的镁合金板的复合焊焊接头形式及所开的坡口角度、尺寸要求，是一个具体实施例。其中坡口角度r＝18°～22°，留钝边f＝15mm。
实施例1
本实施例的中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺为单面焊双面成形工艺，焊接的镁合金板厚为t＝10mm，它包括以下步骤：(1)设计接头形式和焊接方式，不开坡口单面焊，两板对接间隙为0～1mm；(2)设置激光-MIG复合焊复合方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后，两复合热源的间距为a＝1mm～2mm；(3)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体积比为1∶2的混合气体，并设定MIG焊机的焊接气流量为20L/min～25L/min；(4)设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为80A～100A，干伸长为10mm～14mm；(5)设定激光焊接功率为3500W，焊接速度为1000mm/s，离焦量为0。
实施例2
本实施例的中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺为双面焊工艺，焊接的镁合金板厚为t＝20mm，它包括以下步骤：(1)设计接头形式和焊接方式，不开坡口双面焊，面板对接间隙为0～1mm；(2)设置激光-MIG复合焊复合方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后，两复合热源的间距为a＝1mm～2mm；(3)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体积比为1∶2的混合气体，并设定MIG焊机的焊接气流量为20L/min～25L/min；(4)设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为160A～180A，干伸长为10mm～14mm；(5)设定激光焊接功率为4500W，焊接速度为1500mm/s，离焦量为0。
实施例3
本实施例的中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺为双面焊工艺，焊接的镁合金板厚为t＝25mm，它包括以下步骤：(1)设计接头形式和焊接方式，按附图3设计接头坡口，并采用双面焊，对接间隙为0～1mm；(2)设置激光-MIG复合焊复合方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后，两复合热源的间距为a＝1mm～2mm；(3)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体积比为1∶2的混合气体，并设定MIG焊机的焊接气流量为20L/min～25L/min；(4)设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为190A～210A，干伸长为10mm～14mm；(5)设定激光焊接功率为4500W，焊接速度为500mm/s，离焦量为0。
本发明不局限于上述实施方式，只要是说明书中提及的方案均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：
a、焊接接头设计：根据中厚度镁合金板厚4mm～25mm，设定接头不开坡口或开坡口；
b、焊接方式设计：根据中厚度镁合金板厚4mm～25mm，采用单面焊双面成形工艺或双面焊双面成形工艺；两板对接间隙为0～1mm；
c、设定复合方式和热源间距：复合方式采用CO2激光焊在前、MIG焊在后同步进行；设计激光焊枪与MIG焊枪的角度位置：所述的MIG焊枪相对镁合金板倾斜角度为60°～70°；激光焊枪与MIG焊枪夹角为20°～30°；热源间距为1mm～2mm；
d、调节He、Ar混合气比例：通过调节阀调定He、Ar混合气比例按体积比为1∶2；
e、根据复合方式设置焊接工艺参数：
①根据熔深和镁合金板厚选择CO2激光焊的激光功率：1500W～5000W；
焊接速度范围：0.5m/s～2m/s；
离焦量为0；
②选择MIG焊的气流量：20L/min～25L/min；
焊接电流：60A～210A；干伸长：10mm～14mm；
f、同步进行复合焊接。
2.根据权利要求1所述的中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺，其特征在于所述的焊接接头当板厚4mm～20mm时，不开坡口；当板厚20mm～25mm时，开双面坡口，坡口角度为18°～22°，留钝边15mm。
3.根据权利要求1所述的中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺，其特征在于所述的焊接方式当板厚为4mm～12mm时，采用单面焊双面成形工艺；当板厚12mm～25mm时，采用双面焊双面成形工艺。
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