CN105108333A - 一种用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法 - Google Patents

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哈斯金·弗拉基斯拉夫
郭瑞·弗拉基米尔
罗子艺
陈和兴
董春林
王亚琴
舍甫琴科·维塔利
波罗申科·斯维塔斯拉夫
格里努乌科·安德烈
彼得林科·维塔利
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Abstract

一种用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特点是：在焊接过程中，将需要进行气体保护的区域分为三部分，该三部分区域分别为已经形成的焊缝、熔池和电弧作用区域；然后，将具有不同电离电位的保护气体分别通过输气管输送到焊缝和熔池表面以及电弧作用区域，对各个区域进行有效保护。本发明由于采用了将具有不同电离电位的保护气体分别送到焊缝和熔池表面以及电弧作用区域，既有效地实现了对熔池和焊缝的保护，又能通过高电离电位气体消除熔池上方形成的等离子体以及电弧产生的等离子对激光的吸收与散射作用，从而达到增大熔深的目的。本发明的工序简单、易操作、使用效果好，可用于不同技术领域获得高质量焊接接头。

Description

一种用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法
技术领域
本发明涉及一种焊接保护方法，具体是涉及一种用于激光-电弧复合焊接不锈钢、铝合金和钛合金的对接接头、搭接接头及端接接头时的气体保护方法。
背景技术
在激光焊接过程中，高功率密度的光束作用在工件表面，使得材料表面局部剧烈蒸发形成金属蒸汽，并在熔池上方容易形成等离子体，会吸收或散射激光，使得到达工件表面的激光能量大幅度减弱，影响焊接过程的稳定性，导致气孔的产生和焊缝性能变化。在激光-电弧复合焊接过程中，由于电弧的加入，使得等离子体的数量更多，而且激光-电弧复合焊接已经形成的焊缝温度仍然较高，在焊接速度较快的情况下，容易使得高温焊缝暴露在没有保护的环境中，产生氧化。
申请号为201310229640.5的中国专利申请公开了一种激光焊接保护拖罩装置，该装置采用拖罩对熔池及焊缝进行保护，但无法解决焊接过程中产生的等离子体问题。针对这种情况，俄罗斯专利RU2130370公开了一种用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，该方法以脉冲的方式送给保护气体，保护气体可以为单种气体，也可以是混合气体。在焊接过程中，随着电弧的周期变化采用同步脉冲的方式送给气体。采用该方法能够消除等离子体对激光的屏蔽作用，但会弱化熔深的提高及焊缝成型的改善。
而激光焊接及复合焊接过程中，气体保护影响焊接质量，尤其是在铝合金、钛合金等材料的焊接过程中，气体保护的重要性日益突出。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种既能保护熔池和焊缝，又能消除熔池上方形成的等离子体对激光的吸收与散射作用，达到增大熔深的目的的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特点是：在焊接过程中，将需要进行气体保护的区域分为三部分，该三部分区域分别为已经形成的焊缝、熔池和电弧作用区域；然后，将具有不同电离电位的保护气体分别通过输气管输送到焊缝和熔池表面以及电弧作用区域，对各个区域进行有效保护，且在有效保护的同时，通过保护气体消除熔池上方形成的等离子体以及电弧产生的等离子对激光的吸收和散射作用而增大熔深。
其中，上述输送到熔池表面的保护气体采用高电离电位气体，输送到焊缝表面的保护气体采用低电离电位气体，输送到电弧作用区域的保护气体既可以采用高电离电位气体，也可以采用低电离电位气体。其中，所述高电离电位气体为氦气或氦气与氩气的混合气体，低电离电位气体为氩气。且所述高电离电位气体的消耗量为8-12L/min，低电离电位气体的消耗量为10-20L/min。
为了能够调节保护气体不同的流量，以方便地满足不同区域的保护条件，上述用于输送保护气体到各个区域的输气管均为独立设置。
为了方便地对熔池进行保护，上述用于输送保护气体到熔池表面的输气管与水平面形成一定的夹角，该夹角为30-60°。
为了更好地对焊缝进行保护，上述用于输送保护气体到焊缝表面的输气管与焊缝平行设置，且该输气管的长度为100-300mm。
本发明由于采用了将具有不同电离电位的保护气体分别送到焊缝和熔池表面以及电弧作用区域，既有效地实现了对熔池和焊缝的保护，又能通过高电离电位气体消除熔池上方形成的等离子体以及电弧产生的等离子对激光的吸收与散射作用，从而达到增大熔深的目的。本发明的工序简单、易操作、使用效果好，可用于不同技术领域获得高质量焊接接头。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的实施结构示意图。
图2为采用普通气体保护下形成的焊缝示意图。
图3为采用本发明气体保护下形成的焊缝示意图。
具体实施方式
本发明所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，该方法是在焊接过程中，将需要进行气体保护的区域分为三部分，该三部分区域分别为已经形成的焊缝、熔池和电弧作用区域；然后，将作为保护气体的高电离电位气体通过输气管输送到熔池表面，对熔池进行保护；同时，将作为保护气体的低电离电位气体通过输气管输送到焊缝表面，对焊缝进行保护，防止焊缝氧化；而电弧作用区域既可以通过输气管输入高电离电位气体，也可以输入低电离电位气体进行保护。且在保护气体对各区域进行有效保护的同时，可通过高电离电位气体促使等离子体的光学性能发生变化，从而消除熔池上方形成的等离子体以及电弧产生的等离子对激光的吸收和散射作用，使得激光容易透过等离子体，从而达到增大熔深的目的。其中，高电离电位气体为氦气或氦气与氩气的混合气体，低电离电位气体为氩气。高电离电位气体的消耗量为8-12L/min，低电离电位气体的消耗量为10-20L/min。
如图1所示，本发明实施时，激光器产生的激光束通过激光束聚焦单元2与电弧焊枪1产生的电弧在焊接工件5上形成共熔池进行焊接，且激光束偏离垂直面0-10o，而电弧与激光束之间的夹角为25-50o。其中，电弧焊枪1可以为熔化极电弧焊枪，也可以为非熔化极电弧焊枪，且其焊接电流为50-500A；激光器可以采用碟片或光纤或CO2或ND:YAG激光器,其功率为0.5-10.0kW。而且，用于输送保护气体到各个区域的输气管均为独立设置。其中，用于输送保护气体到熔池表面的输气管与水平面形成一定的夹角，该夹角为30-60°，且在焊接过程中，是将高电离电位气体从该输气管上的输气嘴3处输入；同时，用于输送保护气体到焊缝表面的输气管与焊缝平行设置，该输气管的长度为100-300mm，且在焊接过程中，是将低电离电位气体从该输气管上的气嘴4处输入。而用于将保护气体输送到电弧作用区域的输气管是设置在电弧焊枪1上，且在该实施例中，是将低电离电位气体从该输气管上的输入嘴6处输入。其中，输送到焊缝表面及电弧作用区域的低电离电位气体主要用于保护焊缝；输送到熔池表面的高电离电位气体主要用于消除熔池上方形成的等离子体以及电弧产生的等离子对激光的吸收和散射作用。焊接时，对于厚度为1-15mm的不锈钢和钛合金以及厚度为1-10mm的铝合金的焊接，采用单道焊完成。
实施例1：
采用10mm厚的BT6钛合金为焊接材料，采用4.4KW的ND:YAG激光器与MIG复合焊接，采用普通气体保护方式，如图2所示，普通气体保护方法在钛合金焊接时难以确保对熔池及焊缝进行保护，表面呈现氧化现象。
实施例2：
采用10mm厚的BT6钛合金为焊接材料，采用4.4KW的ND:YAG激光器与MIG复合焊接，将低电离电位气体（氩气）以10-20L/min的速度送入，将高电离电位气体（氦气）以8-12L/min的速度送入，焊接速度为120m/h，不开坡口，焊接结果如图3所示，焊缝完全熔透，表面无氧化现象。
通过上述两个实施例得到的结果表明，本发明能够对激光-电弧复合焊接过程中的熔池及焊缝进行有效保护，获得高质量的焊缝。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于：在焊接过程中，将需要进行气体保护的区域分为三部分，该三部分区域分别为已经形成的焊缝、熔池和电弧作用区域；然后，将具有不同电离电位的保护气体分别通过输气管输送到焊缝和熔池表面以及电弧作用区域，对各个区域进行有效保护，且在有效保护的同时，通过保护气体消除熔池上方形成的等离子体以及电弧产生的等离子对激光的吸收和散射作用而增大熔深。
2.根据权利要求1所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述输送到熔池表面的保护气体采用高电离电位气体，输送到焊缝表面的保护气体采用低电离电位气体，输送到电弧作用区域的保护气体既可以采用高电离电位气体，也可以采用低电离电位气体。
3.根据权利要求2所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述高电离电位气体为氦气或氦气与氩气的混合气体。
4.根据权利要求2所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述低电离电位气体为氩气。
5.根据权利要求2所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述高电离电位气体的消耗量为8-12L/min。
6.根据权利要求2所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述低电离电位气体的消耗量为10-20L/min。
7.根据权利要求1所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述用于输送保护气体到各个区域的输气管均为独立设置。
8.根据权利要求1所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述用于输送保护气体到熔池表面的输气管与水平面形成一定的夹角，该夹角为30-60°。
9.根据权利要求1所述的用于激光-电弧复合焊接的气体保护方法，其特征在于上述用于输送保护气体到焊缝表面的输气管与焊缝平行设置，且该输气管的长度为100-300mm。
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