CN107790886A - 脉动负压式激光增强ktig和mig复合焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接设备技术领域，公开了脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置及方法，装置包括KTIG焊枪、激光束、MIG焊枪、焊枪支架、保护气罩、焊接底座、冷却水装置、气体送给装置、脉动负压装置，激光束穿过KTIG焊枪的中空钨极与KTIG电弧同轴复合，KTIG焊枪和MIG焊枪有一定角度，角度可调，复合焊炬贯穿焊接底座，焊接底座与焊接支架固定连接，保护气罩与焊接底座固定连接。本发明的焊接装置，通过激光器产生激光增强KTIG电弧的匙孔特性，辅助KTIG实现稳定的熔透式穿孔焊接，改善电弧形态，由高角杯状变为锥状，焊缝热影响区减小，脉动负压装置可以约束电弧，令电弧产生振荡作用，改善焊接接头组织，优化焊接接头质量，焊缝成型均匀细腻，提高焊接效率。

Description

脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置及方法
技术领域
本发明专利涉及焊接设备技术领域，尤其涉及脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置及方法。
背景技术
1997年，澳大利亚CSIRO研究机构提出一种高效焊接方法—Keyhole TIGwelding，简称KTIG焊（专利号WO 2010/045676 A1），与传统TIG焊相比，其最主要特征在于KTIG选用的钨极直径均为6mm以上，电流大于300A， KTIG电弧能量和电弧压力会显著提高，焊接过程形成稳定的尾孔，形成类似于等离子弧的穿孔焊接，特别适用于液态金属表面张力大的材料，对于14mm以下中厚板材可以实现不开剖口、无需填丝的单面焊双面成型效果，焊缝纹理细腻，焊接接头质量和焊接效率显著提高，且焊接成本大幅度降低。但在实际工程应用中，KTIG电弧处于非约束状态，电弧形状呈现碗型，焊接过程匙孔稳定性依赖于工装精度、电流稳定性等因素，因此，焊接过程匙孔波动性较大，在实际应用中对工件焊接参数选择较为苛刻。
近年来，许多国内外研究者采用复合热源方法提高焊接效率。国外专利（US2015001185A1）提出TIG-MIG复合焊接方法及焊炬，该方法解决TIG焊接速度慢，焊接效率低，MIG焊飞溅大等问题，但该方法依然存在焊缝熔深较浅，多用于薄板焊接等问题。国内实用新型专利（申请号：201520695698.3）提出一种光纤导引弱激光同轴复合焊枪，即通过激光诱导TIG电弧得到可控制、高精度的电弧，但该方法也存在焊接熔深较浅等问题。除此之外，1995年，PLT公司（Plasma Laser Technologies）组建前苏联乌克兰巴顿研究生核心人员，将等离子弧和MIG弧进行旁轴复合，研制出SUPER-MIG复合焊，焊接效率显著提高，实现1+1>2，但该核心技术受限于国外，焊接设备复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置及方法。
脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置包括KTIG焊枪、激光束、MIG焊枪、焊枪支架、保护气罩、焊接底座、冷却水装置、气体送给装置、脉动负压装置，激光束由激光器产生，穿过KTIG焊枪的中空钨极，实现激光束与KTIG电弧同轴复合，KTIG焊枪和MIG焊枪组成KTIG-MIG复合焊炬，KTIG焊枪和MIG焊枪有一定角度，角度可调，复合焊炬贯穿焊接底座，焊接底座与焊接支架固定连接，保护气罩与焊接底座固定连接。
MIG焊矩与KTIG焊枪轴线夹角范围为30~60°，中空钨极垂直于焊接工件，复合焊接装置在焊接时，沿着焊接方向，KTIG电弧在前，MIG电弧紧随其后。激光辅助KTIG电弧在MIG焊枪前方实现穿孔性焊接，同时预热工件，MIG焊枪在后填充焊丝盖面，焊接效率提高，达到1+1>2效果。
KTIG和MIG焊接电源包括两个模块，KTIG采用直流正接，MIG采用直流反接。
激光器为半导体型激光器，波长1064nm，功率300W。
复合焊炬与焊接底座螺钉连接，保护气罩与焊接底座螺钉连接，焊接底座与焊接支架螺栓连接。
脉动负压装置令中空钨极内部达到脉动负压状态。
气体送给装置传送保护气，保护气采用纯Ar气，流量为15-20L/min。
MIG焊焊丝采用碳钢焊丝ER50-6，直径为1.2mm。
脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接方法，包括以下步骤：
（1）打开气体送给装置、冷却水装置、脉动负压装置；
（2）设置焊接参数，调整焊接姿态，中空钨极垂直于焊接工件，MIG焊枪和中空钨极中心轴线夹角为30~60°；
（3）调节焊接装置，距离焊接工件3-7mm，启动KTIG焊接电源，随后开启激光器，待KTIG电弧稳定后，启动MIG焊接电源；
（4）焊接完成后，依次关闭焊接电源、激光器、脉动负压装置、保护气装置、冷却装置。
激光和KTIG同轴复合，先启动KTIG焊接电源，随后启动激光器，实现激光增强KTIG电弧的匙孔特性，辅助KTIG电弧实现稳定的穿孔。
本技术方案利用脉动负压装置令中空钨极内部达到脉动负压状态，可有效约束电弧形态，增强电弧穿透力，同时，脉动负压状态可以令电弧振荡，有搅拌熔池作用，而激光束穿过KTIG中空钨极，激光增强KTIG电弧匙孔效应，辅助KTIG实现稳定的熔透式穿孔焊接，加深熔深，改善电弧形态，由高角杯状变为锥状，焊缝热影响区减小，MIG焊枪在后填充金属盖面，提高焊接效率，保证焊接质量；在同等熔深情况下，减少KTIG热输入，改善焊接接头组织，保证焊接接头质量；焊接时，激光辅助KTIG在前，提高焊接熔深，同时预热工件，MIG焊枪在后，填充金属盖面，焊缝成型均匀细腻，提高中厚板的焊接效率，得到合理深宽比、成型美观的焊缝。
附图说明
图1：本发明的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置结构示意图；
图2：本发明的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置焊接过程示意图。
其中：1.保护气罩，2.MIG焊枪，3.焊接支架，4 .激光束，5.焊接底座，6.中空钨极，7.工件。
具体实施方式
如图1-2所示，脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置包括中空钨极6、激光束4、MIG焊枪2、焊枪支架3、保护气罩1、焊接底座5。脉动负压装置令中空钨极6内部达到脉动负压状态，激光束4由激光器产生，穿过中空钨极6，实现激光束与KTIG电弧同轴复合，中空钨极6和MIG焊枪2组成KTIG-MIG复合焊炬，复合焊炬通过螺钉连接固定在焊接底座5上，焊接底座5通过螺栓连接固定在焊接支架3上；保护气罩1通过螺钉连接固定在焊接底座5上。
焊接电源包括KTIG焊接电源和MIG电源，分别给KTIG和MIG电源供电，KTIG采用直流正接，MIG采用直流反接，激光器为半导体型激光器，波长为1064nm，功率为300W。
KTIG电弧在前，MIG电弧在后，KTIG电弧垂直于焊接工件，MIG焊枪与中空钨极中心轴线夹角范围为30-60°；
KTIG焊接电源采用奥太WSME-630型焊机，占空比、脉冲比、频率可调；MIG焊接电源采用lorch乐驰高速脉冲焊机；冷却水设备选用CW-5300型冷水机，冷却水最低温度可达1.5℃。
脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接方法，包括以下步骤：
（1）打开气体送给装置、冷却水装置、脉动负压装置；
（2）设置焊接参数，调整焊接姿态，中空钨极垂直于焊接工件，MIG焊枪和中空钨极中心轴线夹角为30~60°；
（3）调节焊接装置，距离焊接工件3-7mm，启动KTIG焊接电源，随后开启激光器，待KTIG电弧稳定后，启动MIG焊接电源；
（4）焊接完成后，依次关闭焊接电源、激光器、脉动负压装置、保护气装置、冷却装置。
焊接过程中，保护气采用纯Ar气，流量为15-20L/min，MIG焊丝采用碳钢焊丝ER50-6，直径为1.2mm。
实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，包括KTIG焊枪、激光束、MIG焊枪、焊枪支架、保护气罩、焊接底座、冷却水装置、气体送给装置、脉动负压装置，激光束由激光器产生，穿过KTIG焊枪的中空钨极，实现激光束与KTIG电弧同轴复合，KTIG焊枪和MIG焊枪组成KTIG-MIG复合焊炬，KTIG焊枪和MIG焊枪有一定角度，角度可调，复合焊炬贯穿焊接底座，焊接底座与焊接支架固定连接，保护气罩与焊接底座固定连接。
2.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：MIG焊矩与KTIG焊枪轴线夹角范围为30~60°。
3.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：KTIG和MIG焊接电源包括两个模块，KTIG采用直流正接，MIG采用直流反接。
4.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：激光器为半导体型激光器，波长1064nm，功率300W。
5.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：复合焊炬与焊接底座螺钉连接，保护气罩与焊接底座螺钉连接，焊接底座与焊接支架螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：气体送给装置传送保护气，保护气采用纯Ar气，流量为15-20L/min。
7.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：MIG焊焊丝采用碳钢焊丝ER50-6，直径为1.2mm。
8.根据权利要求1所述的脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接装置，其特征在于：脉动负压装置令中空钨极内部达到脉动负压状态。
9.脉动负压式激光增强KTIG和MIG复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）打开气体送给装置、冷却水装置、脉动负压装置；
（2）设置焊接参数，调整焊接姿态，中空钨极垂直于焊接工件，MIG焊枪和中空钨极中心轴线夹角为30~60°；
（3）调节焊接装置，距离焊接工件3-7mm，启动KTIG焊接电源，随后开启激光器，待KTIG电弧稳定后，启动MIG焊接电源；
（4）焊接完成后，依次关闭焊接电源、激光器、脉动负压装置、保护气装置、冷却装置。
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