CN107414302A - 一种激光热丝复合焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光热丝复合焊接方法。激光热丝既可以与TIG焊复合构成激光热丝TIG复合焊，也可以与激光复合构成激光热丝填丝激光复合焊。本发明在焊丝送入熔池前通过小功率激光对焊丝进行加热到一定温度，在进入熔池时TIG焊电弧或者激光只需要很少的热量熔化焊丝，而大部分热量用于熔化母材形成熔池。本发明采用这种方法，由于激光的功率密度很高，只需要很小功率的激光就可以加热焊丝到所需要的温度，加热效率大大提高，同时也不受材料的限制，大大提高了焊接效率和焊接材料的适应性。

Description

一种激光热丝复合焊接方法
技术领域
本发明属于高精度激光焊接制造技术领域，具体涉及一种激光热丝复合焊接方法，尤其是一种小功率激光热丝复合焊接方法。
背景技术
传统热丝TIG焊(Tungsten Inert Gas Welding)中，多采用电阻加热的方法加热焊丝，即：使焊丝作为电路中的一部分，当其中有电流流过时，焊丝产生电阻热，因此焊丝被预热。这种工艺适用于碳钢、不锈钢等电阻率较大的材料的焊接，很难应用于铜、铝等高导电率材料的焊接。目前，鉴于铜、铝等材料在国防等领域的大量应用，适用于这些高导电率高导热率材料的热丝TIG焊焊接技术无疑对生产有着重要意义。
经检索，专利号为CN200510009921.5、公开号为CN1686656A的专利文献提出了一种电弧加热热丝TIG焊方法，其基本原理是采用氩气保护的电弧为加热源，将输出电流可控的TIG电源的一端接于枪上，另一端接于送丝机送丝嘴处，在其间引燃电弧加热焊丝。该方法热丝效率很高,设备简单、成本低、不存在磁偏吹和高频，由于采用的是电弧作为热源，不受材料物性的影响，可加热包括铜、铝等在内的高导电率的材料。
2006年焊接学报文献“铝合金高频感应热丝TIG焊接方法”提出高频感应加热热丝TIG焊新方法。采用高频感应加热设备，借助高频交变的磁场，在焊丝上成高密度的涡流，从而达到加热焊丝的目的。与传统热丝TIG焊接相比：加热速度快，热丝效率高，低耗环保,可以精确控制焊丝温度,没有焊丝电流磁场的干扰，消除了磁偏吹现象，可以确保焊接质量,适用于各种金属材质的焊丝，特别是低电阻率焊丝的加热。在铝镁及其合金等低电阻率材料的热丝TIG焊焊接中具有较大的优势。但缺点是高频对人健康不利，高频感应设备昂贵。
上述热丝方法中，电阻式热丝TIG焊无法应用于铜铝等高导电率材料的加热，而高频感应加热虽然可以对任何材料都适用，但高频感应设备较为昂贵，且高频对人体健康有危害，而电弧热丝加热有微弱的弧光存在。尽管这三种热丝方法各有优缺点，但加热效率总体偏低，难以适应激光填丝等高效焊接方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光热丝复合焊接方法，所述方法是一种可应用于各种材料的、高效的、可以与TIG焊复合、也可以与激光复合的激光热丝复合焊接方法。
根据本发明提供的一种激光热丝复合焊接方法，在焊丝送入熔池前，通过加热激光对焊丝进行预加热，其中，所述加热激光与熔池的加热焊接方式形成复合焊。
优选地，熔池的加热焊接方式为TIG焊枪加热焊接，从而形成激光热丝TIG复合焊。
优选地，熔池的加热焊接方式为激光加工头加热焊接，从而形成激光热丝填丝激光复合焊。
优选地，所述加热激光为小功率激光；其中，所述小功率激光是指：
-平均功率在10-500W的激光；或者
-激光功率小于激光加工头的激光。
优选地，从大功率的激光加工头中直接分离出一小功率激光作为加热激光来用于加热焊丝。
优选地，当利用TIG焊枪焊接或者激光加工头焊接时，通过加热激光发射激光加热焊丝，焊丝在进入熔池前进行预热，以减少电弧或者激光熔化焊丝的能量。
优选地，用来送焊丝的送丝管的侧壁开设有激光加热焊丝小窗，所述加热激光通过激光加热焊丝小窗对送丝管中的焊丝进行预加热，焊丝经预加热后送入由TIG焊枪或者激光加工头进行加热的熔池。
优选地，在加热激光加热焊丝的位置处同时采用惰性保护气进行保护，避免加热的焊丝被氧化，从而保证焊接质量。例如惰性保护气可采用氩气或者氦气。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、激光的功率密度很高，只需要很小的功率就可以加热焊丝到所需的温度，其加热效率远远高于电阻热丝、电弧热丝、高频感应热丝等热丝方法；
2、相比于电阻式加热焊丝，通过小功率激光可以加热任何类型的材料，包括铝铜等高导电率的材料；
3、相比与电弧加热焊丝，由于激光的能量密度相比电弧要高很多，显然加热效率也要高很多。
4、而相比高频感应加热焊丝，小功率激光并不贵，而且无高频感应对人体健康的危害。
5、小功率激光加热焊丝也可以很方便与TIG复合，构成激光热丝TIG复合焊，与可以很方便地与激光复合，构成激光热丝填丝激光复合焊，热丝焊接的效率相比前面几种方法要高很多。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为激光热丝TIG复合焊接方法；
图2为激光热丝填丝激光复合焊接方法；
图中示出：
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种激光热丝复合焊接方法。激光热丝既可以与TIG焊复合，构成激光热丝TIG复合焊，也可以与激光复合，构成激光热丝填丝激光复合焊。本发明在焊丝送入熔池前通过小功率激光对焊丝进行加热到一定温度，在进入熔池时TIG焊电弧或者激光只需要很少的热量熔化焊丝，而大部分热量用于熔化母材形成熔池。本发明采用这种方法，由于激光的功率密度很高，只需要很小功率的激光就可以加热焊丝到所需要的温度，加热效率大大提高，同时也不受材料的限制，大大提高了焊接效率和焊接材料的适应性。
第一实施例
如图1所示：第一实施例示出的为激光热丝TIG复合焊接方法，如图1所述的相对位置关系。其中加热焊丝的加热激光2，在送丝管5的激光加热焊丝小窗6位置加热焊丝1，焊丝1在溶入熔池前已经达到一定的温度，甚至在送入熔池时已经基本熔化，大大减小了TIG焊枪3的电弧7熔化焊丝1要消耗的热量。在加热激光2加热焊丝1的位置处同时采用氩气等惰性保护气4进行保护，避免加热的焊丝1氧化，从而保证焊接质量。其中，由于激光的功率密度很高，因此加热激光2优选为是一种小功率加热激光。
第二实施例
如图2所示：第二实施例示出的为激光热丝填丝激光复合焊接方法，如图2所述的相对位置关系。其中加热焊丝的加热激光2，在送丝管5的激光加热焊丝小窗6位置加热焊丝1，焊丝1在溶入熔池前已经达到一定的温度，甚至在送入熔池时已经基本熔化，从而大大减小了激光加工头9熔化焊丝的热量。在加热激光2加热焊丝1的位置处同时采用采用氩气等惰性保护气4进行保护，避免加热的焊丝1氧化，从而保证焊接质量。其中，由于激光的功率密度很高，因此加热激光2优选为是相对于大功率的激光加工头3的一种小功率加热激光。
其中，作为优选的方式，可以从大功率的激光加工头3中直接分离出一小功率激光作为加热激光2来用于加热焊丝1，便于信号的同步控制，同时由于不再需要一个专门的小功率激光器，也降低了成本。
第一实施例、第二实施例的优选例
下面对第一实施例、第二实施例的优选例进行具体说明。
与所述激光热丝复合焊接方法相应的复合焊接系统包括加热激光2、送丝管5、保护气4，还包括TIG焊枪3或者激光加工头9；其中，送丝管5的侧壁开设有激光加热焊丝小窗6，加热激光2通过激光加热焊丝小窗6对送丝管5中的焊丝1进行预加热，焊丝1经预加热后送入由TIG焊枪3或者激光加工头9进行加热的熔池。
具体实现过程如下：当TIG焊接或者是激光焊接时，通过加热激光2发射小功率激光加热焊丝1，焊丝1在进入熔池前进行预热，减少了电弧或者激光熔化焊丝的能量，大大提高焊丝的填充效率，同时又保持有TIG焊类似的高焊接质量，可广泛用于航天、核电等许多重要构件的焊接，也方便用于电弧或者激光增材方面的焊接应用。
进一步地，为达到更好的效果，需要设定材料，厚度、焊丝的类型，加热焊丝的功率，激光焊接的功率、TIG焊的功率(或者电流和电压)，焊接的速度等，保护的气流量等。
对于第一实施例，加热激光2的激光平均功率可在10-500W，TIG焊的电弧功率可在5-50KW；例如，小功率的加热激光2的平均功率150W，TIG焊接脉冲电流100A，基值电流20A，脉冲频率为40Hz，保护气流量为15L/min，焊接材料为3mm不锈钢对接，焊接速度为0.6m/min。
对于第二实施例，加热激光2的激光平均功率可在10-500W，大功率激光加工头的激光功率在100-10KW；例如，小功率的加热激光2的平均功率150W，大功率的激光加工头的激光加热功率3KW，保护气流量为15L/min，焊接材料为3mm不锈钢对接，焊接速度为1.2m/min。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种激光热丝复合焊接方法，其特征在于，在焊丝送入熔池前，通过加热激光对焊丝进行预加热，其中，所述加热激光与熔池的加热焊接方式形成复合焊。
2.根据权利要求1所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，熔池的加热焊接方式为TIG焊枪加热焊接，从而形成激光热丝TIG复合焊。
3.根据权利要求1所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，熔池的加热焊接方式为激光加工头加热焊接，从而形成激光热丝填丝激光复合焊。
4.根据权利要求1所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，所述加热激光为小功率激光；其中，所述小功率激光是指：
-平均功率在10-500W的激光；或者
-激光功率小于激光加工头的激光。
5.根据权利要求3所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，从大功率的激光加工头中直接分离出一小功率激光作为加热激光来用于加热焊丝。
6.根据权利要求1所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，当利用TIG焊枪焊接或者激光加工头焊接时，通过加热激光发射激光加热焊丝，焊丝在进入熔池前进行预热，以减少电弧或者激光熔化焊丝的能量。
7.根据权利要求6所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，用来送焊丝的送丝管的侧壁开设有激光加热焊丝小窗，所述加热激光通过激光加热焊丝小窗对送丝管中的焊丝进行预加热，焊丝经预加热后送入由TIG焊枪或者激光加工头进行加热的熔池。
8.根据权利要求1所述的激光热丝复合焊接方法，其特征在于，在加热激光加热焊丝的位置处同时采用惰性保护气进行保护，避免加热的焊丝被氧化，从而保证焊接质量。
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