CN105033460A - 一种中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，采用激光-变极性等离子复合焊接工艺，变极性等离子焊在焊接方向上位于激光焊前侧并同时进行，且二者作用点保持适当的距离，从而实现了中厚度镁合金板的焊接；当镁合金板的厚度在25mm以下时，采用不开坡口单面焊即可将镁合金板一次性焊透，大大节约了时间，提高了焊接效率；而当镁合金板的厚度在26mm以上时，采用不开坡口双面焊，并辅以氩气与氦气的混合气体作为保护气体增大熔深，从而高效率的完成焊接，获得表面成形好、无咬边的焊缝；本发明的焊接方法所得到的焊缝内外部质量均可以达到Ⅱ级或Ⅱ级以上，接头强度可以达到母材的0.80以上。

Description

一种中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体指一种中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，该方法主要适用于10mm～50mm厚度镁合金的焊接。
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。
镁合金因具有低密度、高比强度、易切削加工等优点而被广泛应用于交通、航空航天及国防军工等领域；随着轻量化的迫切要求，采用镁合金制成的零部件可以取得显著的减重效果。但是，要真正实现镁合金在工业上的广泛应用，其焊接技术是必须要解决的关键问题。然而，由于镁合金的物理特性，导致其焊接性能较差，目前主要采用电子束焊接、搅拌摩擦焊接、钨极氩弧焊、激光焊、变极性等离子焊等方法，上述焊接方法均在不同程度上存在焊接厚度小、装配精度高，焊接效率低等问题。
申请公布号为CN101745730A的中国发明专利申请《镁合金板材变极性等离子加丝焊接方法》(申请号：CN200910250990.3)披露了一种焊接方法，该方法中变极性等离子焊接系统在充背面保护气和充正面保护气的条件下加丝焊接镁合金板材。背面保护气阻碍空气进入金属熔池，避免金属表面内缩，使焊缝背面有效成型，采用正面气体保护罩，有效地解决了焊缝正面因为镁的氧化作用导致的正面容高低，背面容高大，液态金属向焊缝背面移动的问题。然而，该方法只适用于厚度较小的镁合金板，而无法适用于厚度超过10mm的镁合金板的焊接。
因此，急需提供一种适用于中厚度镁合金板的焊接方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种焊接熔深大、焊接效率高、工件变形小的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将相邻两待焊接镁合金板进行对接，对接后两镁合金板之间的间隙为1～2mm；
(2)在保护气体的保护下，对准上述间隙进行焊接；焊接时，激光束与变极性等离子弧位于焊缝同一侧，且所述变极性等离子弧在焊接方向上位于激光束的前侧；
当待焊接镁合金板的厚度为10～25mm时，采用单面不开坡口焊接，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为160～200A，正极性时间为18～20ms，反极性电流为220～260A，反极性时间为3～5ms；
当待焊接镁合金板的厚度为26～50mm时，采用双面不开坡口焊接，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为201～220A，正极性时间为18～20ms，反极性电流为261～280A，反极性时间为3～5ms。
作为本发明的改进，所述变极性等离子焊接的作用点与激光焊接的作用点之间的距离为4～7mm。采用这样的方式，以使激光焊与变极性等离子焊配合良好，从而获得表面成形好、焊接精度高的焊缝。
在上述各方案中，当待焊接镁合金板的厚度为10～25mm时，所述变极性等离子焊的保护气体流量为15～25L/min；当待焊接镁合金板的厚度为26～50mm时，所述变极性等离子焊的保护气体流量为25～35L/min。以同时满足激光焊与变极性等离子焊的共同要求。
在上述各优选方案中，当镁合金板的厚度＜25mm时，所述变极性等离子焊的保护气体为氩气，当镁合金板的厚度≥25mm时，所述变极性等离子焊的保护气体为氩气与氦气的混合气体。当镁合金板的厚度较小时，采用高纯度的氩气即可，当镁合金板的厚度较大时，采用氩气与氦气的混合气体，可增大焊接熔深，从而确保厚度较大的镁合金板焊接后焊缝无咬边，表面成形好。
作为优选，当所述变极性等离子焊的保护气体为氩气与氦气的混合气体时，氩气与氦气的体积比为1～2:1。
优选地，所述激光焊接的功率为1～5KW，焊接速度为800～1000mm/s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用激光-变极性等离子复合焊接工艺，变极性等离子焊在焊接方向上位于激光焊前侧并同时进行，且二者熔池保持适当的距离，从而实现了中厚度镁合金板的焊接；
当镁合金板的厚度在25mm以下时，采用不开坡口单面焊即可将镁合金板一次性焊透，大大节约了时间，提高了焊接效率；而当镁合金板的厚度在26mm及以上时，采用不开坡口双面焊，并辅以氩气与氦气的混合气体作为保护气体增大熔深，从而高效率的完成焊接，获得表面成形好、无咬边的焊缝；
本发明的焊接方法所得到的焊缝内外部质量均可以达到Ⅱ级或Ⅱ级以上，接头强度可以达到母材的0.80以上。
附图说明
图1为本发明实施例中激光-变极性等离子复合焊焊接装置的结构示意图。
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。
实施例1：
如图1所示，本实施例的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法包括以下步骤：
(1)待焊接镁合金板a的厚度为10mm，将相邻两待焊接镁合金板进行对接，对接后两镁合金板之间的间隙为1mm；
(2)在纯度为99.99％的氩气保护下，对准上述间隙进行焊接；焊接时，激光束b与变极性等离子弧c位于焊缝同一侧，且变极性等离子弧c在焊接方向上位于激光束b的前侧，变极性等离子焊接的作用点与激光焊接的作用点之间的距离L为4mm；
采用单面不开坡口焊接，氩气气体流量为15L/min，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为160A，正极性时间为19ms，反极性电流为220A，反极性时间为4ms；激光焊接功率为2.5KW，焊接速度为1000mm/s。
实施例2：
如图1所示，本实施例的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法包括以下步骤：
(1)待焊接镁合金板a的厚度为25mm，将相邻两待焊接镁合金板进行对接，对接后两镁合金板之间的间隙为1mm；
(2)在氩气与氦气混合气体的保护下，对准上述间隙进行焊接，氩气与氦气的体积比为1:1；焊接时，激光束b与变极性等离子弧c位于焊缝同一侧，且变极性等离子弧c在焊接方向上位于激光束b的前侧，变极性等离子焊接的作用点与激光焊接的作用点之间的距离L为5mm；
采用单面不开坡口焊接，混合保护气体的流量为25L/min，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为200A，正极性时间为20ms，反极性电流为260A，反极性时间为5ms；激光焊接功率为4.5KW，焊接速度为1000mm/s。
实施例3：
如图1所示，本实施例的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法包括以下步骤：
(1)待焊接镁合金板a的厚度为30mm，将相邻两待焊接镁合金板进行对接，对接后两镁合金板之间的间隙为2mm；
(2)在氩气与氦气混合气体的保护下，对准上述间隙进行焊接，氩气与氦气的体积比为1.5:1；焊接时，激光束b与变极性等离子弧c位于焊缝同一侧，且变极性等离子弧c在焊接方向上位于激光束b的前侧，变极性等离子焊接的作用点与激光焊接的作用点之间的距离L为6mm；
采用双面不开坡口焊接，混合保护气体流量为30L/min，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为201A，正极性时间为19ms，反极性电流为261A，反极性时间为4ms；激光焊接功率为4.6KW，焊接速度为1000mm/s。
实施例4：
如图1所示，本实施例的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法包括以下步骤：
(1)待焊接镁合金板a的厚度为50mm，将相邻两待焊接镁合金板进行对接，对接后两镁合金板之间的间隙为2mm；
(2)在氩气与氦气混合气体的保护下，对准上述间隙进行焊接，氩气与氦气的体积比为2:1；焊接时，激光束b与变极性等离子弧c位于焊缝同一侧，且变极性等离子弧c在焊接方向上位于激光束b的前侧，变极性等离子焊接的作用点与激光焊接的作用点之间的距离L为7mm；
采用双面不开坡口焊接，混合保护气体流量为35L/min，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为220A，正极性时间为19ms，反极性电流为280A，反极性时间为4ms；激光焊接功率为5KW，焊接速度为800mm/s。

Claims (6)

1.一种中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将相邻两待焊接镁合金板进行对接，对接后两镁合金板之间的间隙为1～2mm；
(2)在保护气体的保护下，对准上述间隙进行焊接；焊接时，激光束与变极性等离子弧位于焊缝同一侧，且所述变极性等离子弧在焊接方向上位于激光束的前侧；
当待焊接镁合金板的厚度为10～25mm时，采用单面不开坡口焊接，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为160～200A，正极性时间为18～20ms，反极性电流为220～260A，反极性时间为3～5ms；
当待焊接镁合金板的厚度为26～50mm时，采用双面不开坡口焊接，变极性等离子焊的电流及时间如下：正极性电流为201～220A，正极性时间为18～20ms，反极性电流为261～280A，反极性时间为3～5ms。
2.根据权利要求1所述的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于：所述变极性等离子焊接的作用点与激光焊接的作用点之间的距离为4～7mm。
3.根据权利要求1所述的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于：当待焊接镁合金板的厚度为10～25mm时，所述变极性等离子焊的保护气体流量为15～25L/min；当待焊接镁合金板的厚度为26～50mm时，所述变极性等离子焊的保护气体流量为25～35L/min。
4.根据权利要求1所述的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于：当镁合金板的厚度＜25mm时，所述变极性等离子焊的保护气体为氩气，当镁合金板的厚度≥25mm时，所述变极性等离子焊的保护气体为氩气与氦气的混合气体。
5.根据权利要求4所述的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于：当所述变极性等离子焊的保护气体为氩气与氦气的混合气体时，氩气与氦气的体积比为1～2:1。
6.根据权利要求1所述的中厚度镁合金的激光-变极性等离子复合焊接方法，其特征在于：所述激光焊接的功率为1～5KW，焊接速度为800～1000mm/s。
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