CN104028893A - 改善光纤激光-mig电弧复合焊接背面成形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善光纤激光-MIG复合焊接背面成形的方法，包括如下步骤：1)确定单激光焊接焊透时光纤激光器的最小功率Pd；2)设定光纤激光-MIG电弧复合焊接焊透时的光纤激光器的最小功率为Pf，MIG电弧焊电流为I，按如下公式确定Pf：Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)，其中a为20～30％；I≥90A，且当90A≤I＜120A时，b为0，当I≥120A时，b为1；3)按如下焊接方式进行光纤激光-MIG电弧复合焊接：沿焊接运动方向，MIG焊接点在前，激光焊接点在后，热源间距：1～2mm，焊丝伸长量：8～12mm，焊炬倾角：55～60°，焊接间隙：0～0.5mm。按照本发明的方法进行复核焊接，既能保证复合焊接单面焊透时的背面成形效果，又能保证MIG焊接的稳定性。

Description

改善光纤激光-MIG电弧复合焊接背面成形的方法
技术领域
本发明属于激光复合焊接技术领域，具体涉及一种改善光纤激光-MIG电弧复合焊接背面成形的方法。
背景技术
激光-电弧复合焊接技术是综合单独的激光焊接和电弧焊接而产生的。电弧焊接早已大量应用于生产实践，但其焊接效率低、变形大、耗材昂贵，对焊工要求高，可焊合金种类有限。激光焊接应用的时间虽不长，但是，由于焊接功率密度高、熔宽比大，焊速快、变形小，得到了广泛的研发应用。但是，大功率激光器价格昂贵，搭桥能力差，对焊接预处理要求高。将激光、电弧复合起来，同时作用于焊接件，其效果不只是两种焊接作用的简单叠加，而是可以起到“l+l>2”的协同效果。
激光-电弧复合焊接时，电弧可以降低母材对激光的反射率，从而降低光致等离子体的屏蔽作用，提高能量利用率，降低对激光器的功率要求；而激光可以为电弧提供导电通路，吸引、压缩电弧，起到稳弧和增加熔深的效果。因此，激光-电弧复合焊接能够通过热源相互作用弥补单热源焊接的缺点，具备焊接熔深大、加工速度快、工件变形小、熔池桥接能力强、可焊材料多等诸多优点，近年来已经成为焊接领域的重点研究技术之一。
激光-MIG电弧复合焊接是近年来最受业界瞩目、研究也最为广泛的复合焊接技术。该技术不仅具有将激光、电弧能量有效耦合的优点，而且能够轻易通过焊丝材料的填充来调整焊缝成分及组织结构以消除焊缝冶金缺陷。同时，能够通过填充金属扩大焊接工件的装配公差，减少工件坡口加工和装夹的精度要求，有效消除单独激光焊接厚板时咬边、未焊满等焊缝缺陷，更大程度的增加焊接熔深和焊接速度，提高焊接可焊范围。目前，有关激光-MIG复合焊接技术的研究，主要集中在复合焊接工艺参数(激光功率、MIG电流、热源间距、MIG角度等)对焊接熔深以及焊缝上表面成形方面，对涉及激光-MIG复合焊缝下表面成形缺乏研究。但实践中发现，激光-MIG复合焊接单面焊透时，常有焊缝上表面由于填充不足导致凹陷，而下表面则形成较多凸起的珠状物的情况出现，不仅降低焊缝的机械性能，而且外观很差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善光纤激光-MIG复合焊接背面成形的方法，克服激光-MIG电弧复合焊接导致焊缝背面结珠、成形较差的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
1)采用单激光焊接，得出单激光焊接焊透时光纤激光器的最小功率Pd；
2)设定光纤激光-MIG电弧复合焊接焊透时时的光纤激光器的最小功率为Pf，MIG电弧焊电流为I，按如下公式确定Pf：
Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)，其中a为20～30％；I≥90A，且当90A≤I＜120A时，b为0，当I≥120A时，b为1；
3)按如下焊接方式进行光纤激光-MIG电弧复合焊接：沿焊接运动方向，MIG焊接点在前，激光焊接点在后，热源间距：1～2mm，焊丝伸长量：8～12mm，焊炬倾角：55～60°，焊接间隙：0～0.5mm，焊接速度：0.6～1m/min。
进一步地，所述步骤3)中，焊接方式为：沿焊接运动方向，MIG焊接点在前，激光焊接点在后，热源间距：1.5～2mm，焊丝伸长量：8～10mm，焊炬倾角：55～60°，焊接间隙：0～0.5mm，焊接速度：0.6～0.8m/min。
普遍认为，在激光和MIG电弧之间存在强烈的复合效应，激光-MIG电弧复合焊接有助于提高复合焊接熔深和工艺稳定性。但实际上，激光-MIG电弧复合焊接过程中，在保持与单激光焊接焊透时相同的光纤激光器的功率并相同焊接速度下，若单面焊透时，虽然复合焊接熔深明显大于单热源焊接熔深，但是，焊缝背面却出现结珠现象，成形较差；在与单激光焊接焊透时相同的光纤激光器的功率情况下，单纯增加MIG电流，焊缝背面同样的出现结珠现象。本发明的发明人经过长期的研究发现，光纤激光-MIG电弧复合焊接时，为保证复合焊接单面焊透时的背面成形效果和为了保证MIG焊接的稳定性，MIG电流应不低于90A，且当90A≤I＜120A时，光纤激光器的最小功率比单激光焊接焊透时光纤激光器的功率大20～30％，而当I≥120A时，则光纤激光器的最小功率相当于MIG电流在120A时的功率提高的倍数与MIG电流提高的倍数相同，这样，在保证熔深的同时也保证了背面成形效果。
附图说明
图1为本发明实施例1焊接后所得焊缝的正面和背面效果示意图。
图2为本发明实施例2焊接后所得焊缝的正面和背面效果示意图。
图3为本发明实施例3焊接后所得焊缝的正面和背面效果示意图。
图4为本发明实施例4焊接后所得焊缝的正面和背面效果示意图。
图5为本发明实施例5焊接后所得焊缝的正面和背面效果示意图。
图6为本发明实施例6焊接后所得焊缝的正面和背面效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
材料：6mm的Q345材料；焊接方式：MIG在前，激光在后(MIG引导)，MIG电弧焊电流为120A；热源间距：2mm；焊丝伸长量：10mm；焊炬倾角：55°，焊接间隙：0mm，焊接速度0.8m/min。
采用单独的光纤激光焊接，焊接速度0.8m/min，确定出光纤激光器的最小焊透功率Pd为3300W。
从图1可以看出，当采用光纤激光-MIG电弧复合焊接时，光纤激光器的功率为3300W、3600W时，焊缝反面均有较多的结珠；功率为3900W时，结珠较少。
根据Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)进行测算，由于b为1，I为120A，Pd为3300W，当取a为24.2％时，求得Pf为4100W。事实上，从图1也可以明显看出，当功率为4100W、4500W时，焊缝反面没有结珠，成形较好。，
实施例2
材料：6mm的Q345材料；焊接方式：MIG在前，激光在后(MIG引导)，MIG电弧焊电流为135A；热源间距：2mm；焊丝伸长量：10mm；焊炬倾角：55°，焊接间隙：0mm，焊接速度0.8m/min。
将MIG电流从120A提高到135A，根据Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)进行测算，由于b为1，I为135A，Pd为3300W，当取a为23.9％时，求得Pf为4600W。事实上，从图2也可以明显看出，当功率为4600W时，焊缝反面没有结珠，成形较好。
实施例3
材料：6mm的Q345材料；焊接方式：MIG在前，激光在后(MIG引导)，MIG电弧焊电流145A；热源间距：2mm；焊丝伸长量：10mm；焊炬倾角：55°，焊接间隙：0mm，焊接速度0.8m/min。
将MIG电流从120A提高到145A，根据Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)进行测算，由于b为1，I为145A，Pd为3300W，当取a为22.9％时，求得Pf为4900W。事实上，从图3也可以明显看出，当功率为4900W时，焊缝反面没有结珠，成形较好。
实施例4
材料：6mm的Q345材料；焊接方式：MIG在前，激光在后(MIG引导)，MIG电弧焊电流90A；热源间距：2mm；焊丝伸长量：10mm；焊炬倾角：55°，焊接间隙：0mm，焊接速度0.8m/min。
从图4可以看出，当采用光纤激光-MIG电弧复合焊接时，光纤激光器的功率为3900W、4000W时，焊缝反面均有较少的结珠。
根据Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)进行测算，由于b为0，I为90A，Pd为3300W，当取a为24.2％时，求得Pf为4100W。事实上，从图4也可以明显看出，当功率为4100W时，焊缝反面没有结珠，成形较好。
实施例5
材料：8mm的Q345材料；焊接方式：MIG在前，激光在后(MIG引导)，MIG电弧焊电流120A；热源间距：2mm；焊丝伸长量：10mm；焊炬倾角：55°，焊接间隙：0mm。
采用单独的光纤激光焊接，焊接速度0.6m/min，确定出光纤激光器的最小焊透功率Pd为3500W。
从图5可以看出，当采用光纤激光-MIG电弧复合焊接时，在MIG电流120A的情况下，光纤激光器的功率为3800W、4000W时，焊缝反面均有较多结珠。
根据Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)进行测算，由于b为1，I为120A，Pd为3500W，当取a为22.9％时，求得Pf为4300W。事实上，从图5也可以明显看出，当功率为4300W时，焊缝反面没有结珠，成形较好。
实施例6
材料：8mm的Q345材料；焊接方式：MIG在前，激光在后(MIG引导)，MIG电弧焊电流132A；热源间距：2mm；焊丝伸长量：10mm；焊炬倾角：55°，焊接间隙：0mm，焊接速度0.6m/min。
将MIG电流从120A提高到132A后，根据Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)进行测算，由于b为1，I为132A，Pd为3500W，当取a为22.1％时，求得Pf为4700W。事实上，从图6也可以明显看出，当功率为4700W时，焊缝反面没有结珠，成形较好。

Claims (2)

1.一种改善光纤激光-MIG复合焊接背面成形的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)采用单激光焊接，得出单激光焊接焊透时光纤激光器的最小功率Pd；
2)设定光纤激光-MIG电弧复合焊接焊透时时的光纤激光器的最小功率为Pf，MIG电弧焊电流为I，按如下公式确定Pf：
Pf＝(1+a)×Pd×(1+bI/120-b)，其中a为20～30％；I≥90A，且当90A≤I＜120A时，b为0，当I≥120A时，b为1；
3)按如下焊接方式进行光纤激光-MIG电弧复合焊接：沿焊接运动方向，MIG焊接点在前，激光焊接点在后，热源间距：1～2mm，焊丝伸长量：8～12mm，焊炬倾角：55～60°，焊接间隙：0～0.5mm，焊接速度：0.6～1m/min。
2.根据权利要求1所述的改善光纤激光-MIG复合焊接背面成形的方法，其特征在于：所述步骤3)中，焊接方式为：沿焊接运动方向，MIG焊接点在前，激光焊接点在后，热源间距：1.5～2mm，焊丝伸长量：8～10mm，焊炬倾角：55～60°，焊接间隙：0～0.5mm，焊接速度：0.6～0.8m/min。
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