CN102935556A - 高氮钢激光mig电弧复合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于包括下列步骤：a、焊接接头设计；b、焊接方式设计；c、设定复合方式和热源间距；d、复合焊保护气体选择；e、根据复合方式设置焊接工艺参数；f、同步进行复合焊接。现有技术相比，本发明的优点在于：可实现中厚度高氮钢的焊接，获得表面洁净、光滑、成型好、无凹陷的焊缝，同时具有接头氮元素流失小且分布均匀、焊接熔深大、焊接速度快、工件变形小、装配要求低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光与MIG的复合焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
焊接技术是现代制造工业中不可缺少的关键制造技术，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。
激光-MIG电弧复合焊是一种新型的焊接技术，该焊接技术通过激光与MIG电弧(熔化极惰性气体保护电弧焊)这两种不同物理性质和能量传输机制的热源相互作用、相互叠加而形成一种作用在同一熔池的高能效热源，通过两热源的相互协调作用和复合，使作用到熔池的激光具有高的能量吸收率和焊接适应性，且由于激光对MIG电弧的压缩作用，增加了热源集中度，进一步提高了焊接熔深。
激光-MIG电弧复合焊的具体应用可以参考专利号为ZL201010280596.7的中国发明专利《一种高强铝合金激光-MIG复合焊接方法》(授权公告号为CN101947695B)，该专利公开了激光-MIG电弧复合焊在高强铝合金上的应用。还可以专利号为ZL200810162685.4的中国发明专利《中厚度镁合金CO2激光-MIG复合焊接工艺》(授权公告号为CN101434011B)，该专利公开了激光-MIG电弧复合焊在镁合金的应用。
高氮钢由于具有高的屈服强度和抗拉强度。在装甲车辆上具有较好的应用前景。目前，对于该类材料主要采用钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、激光焊等焊接方法。但是由于高氮钢含较高氮元素，采用常规的焊接方法获得的焊接接头存在氮元素流失较严重或者分布不均匀、较易产生气孔等问题；而单激光焊具有装配精度要求高，焊接厚度小等问题。
将激光-MIG电弧复合焊接技术应用于高氮钢上目前还没有相关文献公开，有必要作出研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种氮元素流失小且分布均匀、焊接熔深大、焊接效率高、工件变形小等特点的高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于包括下列步骤：
a、焊接接头设计：根据中厚度高氮钢板厚5mm~25mm，设定接头不开坡口或开小角度坡口；
b、焊接方式设计：根据中厚度高氮钢板厚5mm~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：复合方式采用激光束在前，MIG电弧在后同步进行；激光焊与MIG焊的热源间距为2mm~4mm；
d、复合焊保护气体为氦气与氮氩混合气体积比为2:3；氮氩混合气气体中氮气与氩气体积比为95:5；
e、根据复合方式设置焊接工艺参数：
①激光功率：1000W~5000W；焊接速度范围0.5m/min~1m/min；；离焦量：-6mm~0mm；
②选择MIG焊的气流量：25L/min~35L/min；焊接电流：180A~280A；焊丝干伸长：10mm~16mm；
f、同步进行复合焊接。
进一步，步骤a中满足如下条件：
当高氮钢板厚为5mm~16mm时，所述的焊接接头不开坡口；
当高氮钢板厚为17mm~25mm时，所述的焊接接头开双面坡口，该坡口角度为15°~25°，留e=16mm钝边。
进一步，步骤b中满足如下条件：
当高氮钢板厚为5mm~8mm时，所述的焊接方式采用单面焊双面成形工艺；
当高氮钢板厚为8mm~16mm时，所述的焊接方式采用双面焊双面成形工艺。
作为优选，该方法中焊枪角度满足如下要求：MIG焊枪与焊板呈倾斜角度为55°~70°；激光焊枪与焊接试板呈85°~95°夹角。
作为优选，所述的高氮钢中氮的重量百分比为0.3%~0.6%。
与现有技术相比，本发明的优点在于：①通过激光-MIG电弧复合焊的复合方式、热源间距和保护气体成分及配比等焊接工艺参数的控制，可实现中厚度高氮钢的焊接，获得表面洁净、光滑、成型好、无凹陷的焊缝，尤其是8mm以下厚度的高氮钢板不需开坡口可以一次性焊透；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，具有接头氮元素流失小且分布均匀、焊接熔深大、焊接速度快、工件变形小、装配要求低等特点；③由于具有高效率、低变形的焊接特征，故能有效解决高氮钢焊接过程氮元素流失严重且分布不均的问题。
附图说明
图1为激光-MIG复合焊的焊接装置示意图。
图2为实施例3中复合焊焊接头形式及所开的坡口尺寸要求示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明针对一种中厚度含0.3%~0.6%氮元素高氮钢激光-MIG电弧复合焊技术。首先进行焊接接头设计和焊接方式设计，根据板厚设计是否开坡口及坡口结构，同时确定单面焊或双面焊，并根据激光束在前、MIG电弧在后的复合方式设定热源间距；然后按要求调节氦气和氮氩混合气按体积百分比的混合比例；最后设定激光功率、MIG焊电流、保护气流量，完成焊接工艺。
本发明对一种中厚度高氮钢的焊接采用激光-MIG复合焊技术后，实施步骤如下：
1）进行焊接接头设计和焊接方式设计：（1）根据板厚设计是否开坡口及坡口角度，（2）根据板厚确定单面焊或双面焊，（3）设定接头间隙，（4）按激光束在前、MIG电弧在后同步进行的复合方式，并设定热源间距；
2）按要求通过混合气体调节阀来调节氦气和氮氩混合气按体积百分比的混合比例；
3）设计焊接工艺参数：（1）选择激光功率，离焦量；（2）选择MIG焊的保护气流量、焊接电流和焊丝干伸长。
下面是四个具体实施例：
实施例1，如图1所示，激光束1、MIG焊枪2及焊接试板3安装要求布置，F为焊接方向。其中b为MIG焊枪2与焊接试板3的角度，c为激光焊枪与焊接试板3的角度，a为热源间距。
本实施例的中厚度含0.6%氮元素高氮钢激光-MIG电弧复合焊接工艺为单面焊双面成形工艺，焊接的高氮钢板厚为8mm，它包括以下步骤：（1）设计接头形式和焊接方式，采用不开坡口单面焊接，两焊接试板对接间隙为0mm；（2）设置激光-MIG电弧复合焊接复合方式为激光束在前、MIG电弧在后，两复合热源的间距为2mm；（3）设定 MIG焊保护气体，通过气体混合阀获得氦气、氮氩混合气体积比为2：3的混合气体，并设定MIG焊机的焊接保护气流量为25L/min；（4）设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为210A，焊丝干伸长为12mm；（5）设定激光焊接功率为5000W，焊接速度为1m/min，离焦量为0mm。
实施例2，本实施例的中厚度含0.6%氮元素高氮钢激光-MIG电弧复合焊接工艺为双面焊工艺，焊接的高氮钢板厚为16mm，它包括以下步骤：（1）设计接头形式和焊接方式，采用不开坡口双面焊接，两焊接试板对接间隙为0mm；（2）设置激光-MIG复合焊复合方式为激光束在前、MIG电弧在后，两复合热源的间距为2mm；（3）设定MIG焊保护气体，通过气体混合阀获得氦气、氮氩混合气体积比为2：3的混合气体，并设定MIG焊机的焊接保护气流量为25L/min；（4）设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为230A，焊丝干伸长为14mm；（5）设定激光焊接功率为5000W，焊接速度为1m/min，离焦量为0mm。
实施例3，结合图2所示，其中f为破口角度，e为留钝边，d为高氮钢厚度。本实施例的中厚度含0.6%氮元素高氮钢激光-MIG复合焊接工艺为双面焊工艺，焊接的高氮钢板厚为20mm，它包括以下步骤：（1）设计接头形式和焊接方式，按附图2设计接头坡口，并采用双面焊，对接间隙为0mm；（2）设置激光-MIG复合焊复合方式为激光束在前、MIG电弧在后，两复合热源的间距为3mm；（3）设定MIG焊保护气体，通过气体混合阀获得氦气、氮氩混合气体积比为2：3的混合气体，并设定MIG焊机的焊接保护气流量为30L/min；（4）设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为260A，焊丝干伸长为14mm；（5）设定激光焊接功率为5000W，焊接速度为0.8m/min，离焦量为-4mm。
实施例4，本实施例的中厚度含0.6%氮元素高氮钢激光-MIG复合焊接工艺为双面焊工艺，焊接的高氮钢板厚为25mm，它包括以下步骤：（1）设计接头形式和焊接方式，按附图2设计接头坡口，并采用双面焊，对接间隙为1mm；（2）设置激光-MIG复合焊复合方式为激光束在前、MIG电弧在后，两复合热源的间距为3mm；（3）设定MIG焊保护气体，通过气体混合阀获得氦气、氮氩混合气体积比为2：3的混合气体，并设定MIG焊机的焊接保护气流量为35L/min；（4）设定MIG焊接工艺规范，焊接电流范围为280A，焊丝干伸长为14mm；（5）设定激光焊接功率为5000W，焊接速度为0.5m/min，离焦量为-6mm。
Claims (5)
1.一种高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于包括下列步骤：
a、焊接接头设计：根据中厚度高氮钢板厚5mm~25mm，设定接头不开坡口或开小角度坡口；
b、焊接方式设计：根据中厚度高氮钢板厚5mm~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：复合方式采用激光束在前，MIG电弧在后同步进行；激光焊与MIG焊的热源间距为2mm~4mm；
d、复合焊保护气体为氦气与氮氩混合气体积比为2:3氮氩混合气气体中氮气与氩气体积比为95:5；
e、根据复合方式设置焊接工艺参数：
①激光功率：1000W~5000W；焊接速度范围：0.5m/min~1m/min；离焦量：-6mm~0mm；
②选择MIG焊的气流量：25L/min~35L/min；焊接电流：180A~280A；焊丝干伸长：10mm~16mm；
f、同步进行复合焊接。
2.根据权利要求1所述的高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于步骤a中满足如下条件：
当高氮钢板厚为5mm~16mm时，所述的焊接接头不开坡口；
当高氮钢板厚为17mm~25mm时，所述的焊接接头开双面坡口，该坡口角度为15°~25°，留e=16mm钝边。
3.根据权利要求1所述的高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于步骤b中满足如下条件：
当高氮钢板厚为5mm~8mm时，所述的焊接方式采用单面焊双面成形工艺；
当高氮钢板厚为8mm~16mm时，所述的焊接方式采用双面焊双面成形工艺。
4.根据权利要求1所述的高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于该方法中焊枪角度满足如下要求：MIG焊枪与焊板呈倾斜角度为55°~70°；激光焊枪与焊接试板呈85°~95°夹角。
5.根据权利要求1所述的高氮钢激光MIG电弧复合焊接方法，其特征在于所述的高氮钢中氮的重量百分比为0.3%~0.6%。
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