CN104551423A - 一种厚板多层激光-mig复合焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法。该厚板多层激光-MIG复合焊接方法包括清洗打磨工件，以对接形式对工件进行固定，取焊接间隙；通过激光后置的方式对工件进行打底焊；清洗打磨步骤S2中形成的焊缝；通过激光前置的方式进行盖面焊，同时采用月牙形或锯齿形摆动，且控制母材坡口边缘的熔化宽度；打底焊时，采用激光后置的方法，可以取较大的焊接间隙，并且适当调整光丝间距，使激光与电弧协同作用强，有利于增大熔深和减少气孔，电弧预热可以提高工件对激光的吸收率，促进高能量密度激光的作用，可以增大熔深，从而可以采用较大的钝边，较小的坡口角度，降低焊丝成本。

Description

一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法。
背景技术
目前，MIG(metal inert-gas welding)是指熔化极惰性气体保护焊,其是使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。然而，随着焊接技术的发展，单独的使用MIG焊接已满足不了本领域对焊接高质量的要求，而激光-MIG复合焊成为为将电弧焊与激光焊特点相结合形成的一种新的焊接方法。其中，激光与电弧旁轴复合时，有两种复合方式：激光前置和激光后置。激光前置时，对于电弧来说是前倾焊，焊接时焊缝表面成形美观，熔深较浅；激光后置时，对于电弧来说是后倾焊，成形不够美观，但是熔深较大，保护效果好。
常规电弧焊一般采用左焊法，但是对于激光-MIG复合焊来说此时为激光前置。若坡口留有间隙，由于光斑直径很小，光束会从间隙泄露，会使得激光失去作用；若不留间隙，一方面激光会对工件有蒸发、烧蚀作用，另一方面零间隙会使熔池气体逸出困难，造成气孔。
实验表明，复合焊接时如果没有间隙或间隙很小，会减小熔深和限制焊接速度的提高，同时会使得气孔增多；多层焊时，层间预热可以降低焊接应力，有利于减少气孔和裂纹，但是对工件的整体预热会费时费力并且浪费能源。
厚板焊接时，一般须开坡口并且留有一定钝边，在单独采用电弧焊的情况下，坡口角度大、钝边小，熔深较大，但是会造成的焊丝消耗量大。
由此可见，对于厚板多层焊接来说，单独采用电弧焊或只采用激光前置的复合焊，都存在一定的缺点。
因此，针对以上不足，本发明提供了一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法以解决采用激光前置打底焊时对间隙适应性差、气孔多的问题以及单独的电弧焊时坡口角度大、钝边小而造成的焊丝消耗量大的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其包括以下步骤：
S1、清洗打磨工件，以对接形式对工件进行固定，取焊接间隙；
S2、通过激光后置的方式对工件进行打底焊；
S3、清洗打磨步骤S2中形成的焊缝；
S4、通过激光前置的方式进行盖面焊，同时采用月牙形或锯齿形摆动，且控制母材坡口边缘的熔化宽度。
其中，还包括在步骤S3和步骤S4之间的步骤S3′，
S3′、对步骤S3中形成的焊缝依次进行多层填充焊，在填充焊时采用激光前置的方式。
其中，在进行每层填充焊之后，对焊道及其附近待焊区域清洗打磨。
其中，还包括步骤S4之后的步骤S5，所述步骤S5为对焊接好的工件进行X射线探伤检测。
其中，所述激光后置的方式为焊接时激光发射装置的激光在焊枪发出的电弧之后。
其中，所述激光前置的方式为焊接时激光发射装置发出的激光在焊枪发出的电弧之前。
其中，在填充焊和盖面焊时，通过调整离焦量进行激光束变换。
其中，控制母材坡口边缘的熔化宽度为1～2mm。
其中，所述焊接间隙为1～2.5mm。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明厚板多层激光-MIG复合焊接方法采用两层焊道，分别为打底焊和盖面焊，焊接前对工件清洗打磨，以去除表面油污和氧化膜，采用打底焊时，采用激光后置的方法，可以取较大的焊接间隙，并且适当调整光丝间距，使激光与电弧协同作用强，有利于增大熔深和减少气孔，提高焊接质量，同时电弧为右焊法，且电弧预热可以提高工件对激光的吸收率，促进高能量密度激光的作用，可以增大熔深，从而可以采用较大的钝边，较小的坡口角度，降低焊丝成本；盖面焊采用激光前置的形式，同时盖面焊采用月牙形或锯齿形摆动，控制母材坡口边缘熔化宽度，以获得较好的层间质量和表面质量。
附图说明
图1是本发明实施例厚板多层激光-MIG复合焊接方法中焊枪、激光发射装置与工件的位置关系图；
图2是本发明实施例厚板多层激光-MIG复合焊接方法中焊缝焊道的结构示意图。
图中，1：焊枪；2：激光发射装置；3：工件；4：打底焊道；5：填充焊道；6：盖面焊道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明焊接方法中激光发射装置和焊枪同时作用于工件上，图中a为光丝间距，箭头的方向前方，本发明中打底焊时采用激光后置的方式，填充焊和盖面焊时采用激光后置的方式；图2所示为本发明方法中工件焊缝焊道的结构示意图，最下层为打底焊道，向上依次为填充焊道和盖面焊道。
本发明的厚板多层激光-MIG复合焊接方法包括以下步骤：
S1、清洗打磨工件，以对接形式对工件进行固定，取焊接间隙；
S2、通过激光后置的方式对工件进行打底焊；
S3、清洗打磨步骤S2中形成的焊缝；
S4、通过激光前置的方式进行盖面焊，同时采用月牙形或锯齿形摆动，且控制母材坡口边缘的熔化宽度，该宽度具体为1～2mm。
上述实施方式中，采用两层焊道，分别为打底焊和盖面焊，焊接前对工件清洗打磨，以去除表面油污和氧化膜，采用打底焊时，采用激光后置的方法，可以取较大的焊接间隙，并且适当调整光丝间距，使激光与电弧协同作用强，有利于增大熔深和减少气孔，提高焊接质量，同时电弧为右焊法，且电弧预热可以提高工件对激光的吸收率，促进高能量密度激光的作用，可以增大熔深，从而可以采用较大的钝边，较小的坡口角度，降低焊丝成本；盖面焊采用激光前置的形式，同时盖面焊采用月牙形或锯齿形摆动，控制母材坡口边缘熔化宽度，以获得较好的层间质量和表面质量。
具体地，上述工件厚板为铝合金板，厚为8mm，坡口角度为60°，钝边尺寸2mm，焊前首先制备200mm×100mm×8mm的焊接试板，按以上要求加工制造；使用夹具以对接形式将工件试板固定，取焊接间隙1.5mm；打底焊时，电流为180A，电压为23.6V，激光功率为900W，离焦量为-1.5mm，光斑直径0.3mm，焊接速度10mm/s，光丝间距为2.5mm，焊丝伸长为12mm，喷嘴高度为15mm，气流量为30L/min；第二层盖面焊时，采取激光前置的方式电流200A，电压24.2，激光功率900W，离焦量+14mm，光斑直径为3mm，焊接速度10mm/s，光丝间距1.5mm，焊丝伸长12mm，喷嘴高度15mm，气流量30L/min；最后，必要时采取X射线探伤等检测手段。
在上述实施方式的基础上，本发明厚板多层激光-MIG复合焊接方法还包括在步骤S3和步骤S4之间的步骤S3′，S3′为对步骤S3中形成的焊缝依次进行多层填充焊，在填充焊时采用激光前置的方式。
具体地，厚板可以采用不锈钢板，厚为16mm，开U形坡口，钝边尺寸3mm，焊前首先制备200mm×100mm×16mm的焊接工件试板，按以上要求加工制造。焊道共四层；焊前对工件待焊区域附近清洗打磨，以去除表面油污和氧化膜；使用夹具以对接形式将试板固定，取焊接间隙2mm。
打底焊时，采用激光后置的方式，电流为230A，电压为25.8V，激光功率为4.0KW，离焦量为-1.5mm，光斑直径0.3mm，焊接速度12mm/s，光丝间距为2.5mm，焊丝伸长为12mm，喷嘴高度为15mm，气流量为35L/min。
第二层填充焊时，采取激光前置的方式电流250A，电压26.5V，激光功率2KW，离焦量+14mm，光斑直径为3mm，焊接速度10mm/s，光丝间距2.0mm，焊丝伸长12mm，喷嘴高度15mm，气流量30L/min。
第三层填充焊时，采取激光前置的方式电流250A，电压26.5V，激光功率2KW，离焦量+14mm，光斑直径为3mm，焊接速度10mm/s，光丝间距2.0mm，焊丝伸长12mm，喷嘴高度15mm，气流量30L/min。
第四层盖面焊时，采取激光前置的方式电流250A，电压26.5V，激光功率2KW，离焦量+14mm，光斑直径为3mm，焊接速度10mm/s，光丝间距2.0mm，焊丝伸长12mm，喷嘴高度15mm，气流量30L/min，采用月牙形或锯齿形摆动，控制母材坡口边缘熔化宽度在1mm～2mm。
在进行每层填充焊之后，对焊道及其附近待焊区域清洗打磨，以去除表面油污和氧化膜。
上述实施方式中对焊接好的工件也可进行X射线探伤检测，以检验焊接好的工件的质量；上述焊接间隙优选为1～2.5mm。
本发明中，所述激光后置的方式为焊接时激光发射装置的激光在焊枪发出的电弧之后；所述激光前置的方式为焊接时激光发射装置发出的激光在焊枪发出的电弧之前。也就是说，采取激光后置的焊接方法，电弧旁置，电弧在前，激光在后，此时电弧为后倾焊；填充焊和盖面焊采用激光前置的焊接形式，电弧旁置，激光在前，电弧在后，电弧为前倾焊。
优选地，在填充焊和盖面焊时，通过调整离焦量进行激光束变换，改变光斑直径，采用直径变化至1mm以上的大激光光斑来预热，进而达到减轻及消除气孔和裂纹的目的。
综上所述，本发明提供的厚板多层激光-MIG复合焊接方法中，打底焊时采用激光后置的方法，可以取较大的焊接间隙，有利于减少气孔，且电弧预热可以提高工件对激光的吸收率，促进高能量密度激光的作用，可以增大熔深，从而可以采用较大的钝边，较小的坡口角度，降低焊丝成本；填充焊和盖面焊采用激光前置的形式，同时盖面焊采用月牙形或锯齿形摆动，控制母材坡口边缘熔化宽度，以获得较好的层间质量和表面质量，且通过调整激光离焦量，使激光以大直径光斑直径起预热作用，以达到减轻及消除气孔和裂纹的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、清洗打磨工件，以对接形式对工件进行固定，取焊接间隙；
S2、通过激光后置的方式对工件进行打底焊；
S3、清洗打磨步骤S2中形成的焊缝；
S4、通过激光前置的方式进行盖面焊，同时采用月牙形或锯齿形摆动，且控制母材坡口边缘的熔化宽度。
2.根据权利要求1所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：还包括在步骤S3和步骤S4之间的步骤S3′，
S3′、对步骤S3中形成的焊缝依次进行多层填充焊，在填充焊时采用激光前置的方式。
3.根据权利要求2所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：在进行每层填充焊之后，对焊道及其附近待焊区域清洗打磨。
4.根据权利要求3所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：还包括步骤S4之后的步骤S5，所述步骤S5为对焊接好的工件进行X射线探伤检测。
5.根据权利要求2所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：所述激光后置的方式为焊接时激光发射装置的激光在焊枪发出的电弧之后。
6.根据权利要求2所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：所述激光前置的方式为焊接时激光发射装置发出的激光在焊枪发出的电弧之前。
7.根据权利要求2所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：在填充焊和盖面焊时，通过调整离焦量进行激光束变换。
8.根据权利要求2所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：控制母材坡口边缘的熔化宽度为1～2mm。
9.根据权利要求1所述的厚板多层激光-MIG复合焊接方法，其特征在于：所述焊接间隙为1～2.5mm。
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