CN109226966B - 一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，涉及一种焊接领域的方法，通过控制器的程序控制焊接过程中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值调控，并采用优化的焊接工艺参数；本技术方案可有效控制铝合金薄板激光电弧复合焊对接焊缝起焊处未焊透和止焊处气孔等焊接缺陷，提高零件焊缝质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接领域的方法，具体地说是一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法。
背景技术
激光电弧复合焊接技术作为一种新兴的特种制造技术，既充分发挥了两种焊接方法的优势，又相互弥补了各自的不足。采用激光电弧复合焊接方法与单一热源相比，同样工艺参数焊接速度可提高一倍，与单独采用激光束焊接相比，可以提高焊接熔深达20%，并且对激光束品质、对接焊缝间隙及焊缝跟踪精度的要求大大放宽，与填充焊丝激光焊接相比,即使焊缝对接根部间隙达到1mm, 采用激光电弧复合热源焊接也可得到焊缝成形良好的接头。因此激光电弧复合焊接技术在汽车、航空航天等领域得到广泛的应用。
然而，对于激光电弧复合焊缝，在起焊处，由于激光器和弧焊电源在开启瞬间，设备不能达到工艺要求的激光功率和焊接电流，导致起焊处不能实现全熔透式焊接，造成未焊透缺陷。在止焊处，由于激光功率和焊接电流的急剧衰减或瞬间关闭，导致激光深熔焊接形成的匙孔被保留，从而形成气孔或裂纹等焊接缺陷。生产中，对于板状结构零件，可以通过在零件焊缝两端分别加引弧板和熄弧板消除起焊和止焊处的缺陷，然而对于环形焊缝，起焊和止焊处的缺陷一直未得到有效解决，严重影响产品合格率和生产效率的提升。
生产中减少或缓解薄板铝合金环形焊缝激光电弧复合焊接起焊和止焊处的焊接缺陷的工艺方法有两种：工艺方法一是采用激光能量衰减，减少止焊处焊接缺陷；采用激光能量衰减虽然可以缓解薄壁铝合金环形焊缝止焊处的焊接缺陷，但工艺稳定性差，产品合格率低，另外，采用激光能量衰减不能消除起焊处未焊透的焊接缺陷，对于焊缝质量要求较高的零件，仍需要焊后修补；工艺方法二是焊后对焊接缺陷进行修补，达到消除起焊和止焊处焊接缺陷的目的。采用焊后修补虽然可以消除焊接缺陷，但修补工艺复杂、耗时，生产效率低下。
发明内容
本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，该方法针对铝合金薄壁环形激光电弧复合焊对接焊缝，消除起焊和止焊处焊缝缺陷，改善整条焊缝内部质量，提高产品合格率，提高产品生产效率。
为实现以上技术目的，本发明一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）选取激光器、MIG焊接电源、工件转台系统及控制器，该控制器预先设定激光开启和弧焊开启的时序和能量值，并在工作时向激光器、MIG焊接电源及工件转台系统发出控制指令；
2）通过控制器的程序控制焊接过程中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值调控；在焊接起始阶段，依次启动工件转台、激光及电弧；工件转台系统转速、激光及电弧均达到设定值，开始稳定激光电弧复合焊接过程，在焊接终止阶段，依次关闭激光、电弧及工件转台系统，从小孔模式过渡到热导焊模式；
3）采用与步骤2）中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值相应的焊接工艺参数。
作为优选，上面所述控制器为可实现编程控制的计算机。
作为优选，上面所述激光器为Nd.YAG激光器。
作为优选，上面所述激光器为光纤激光器。
作为优选，焊接过程中保护气选自工业纯氩气或氦气。
作为优选，上面所述MIG焊接电源配有推拉送丝机构。
本方案中使用的激光电弧复合焊接工艺，以激光能量为主，电弧能量起辅助作用。
采用上述技术方案后，由于控制器对激光器、MIG焊接电源、工件转台系统按照预先设定的时序及参数进行控制，基于程序控制激光焊/弧焊的启闭和焊接能量值调控的基础上，调控激光功率、焊接速度、焊接电流及送丝位置等焊接工艺参数，可有效控制铝合金薄板激光电弧复合焊对接焊缝起焊处未焊透和止焊处气孔等焊接缺陷，提高零件焊缝质量。
附图说明
图1为本发明一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法的控制原理示意图；其中附图标记如下：1 ，激光电弧复合焊缝；2 ，铝合金薄壁环形零件；3 ，激光电弧复合焊接位置；4，转台系统旋转轴；5 ，转台旋转方向；
图2为本发明一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法一个实施例的激光、电弧、转台时序匹配控制图；图中：A，转台速度；B，激光功率；C ，焊机电流。
图3为现有技术中采用常规激光能量衰减方法得到焊缝收弧处形貌图。
图4为采用本发明技术方案得到的焊接收弧处焊缝形貌图。
具体实施方式
为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图以及实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
图1为本发明一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法的控制原理示意图。图中，激光电弧复合焊缝1位于铝合金薄壁环形零件2上，激光、电弧等作用于激光电弧复合焊接位置3，转台系统旋转轴4驱动待焊接的铝合金薄壁环形零件转动，并可控制转台旋转方向5。
控制器预先设定激光开启和弧焊开启的时序和能量值，并在工作时向激光器、MIG焊接电源及工件转台系统发出控制指令。
本发明一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）选取激光器、MIG焊接电源、工件转台系统及控制器，该控制器预先设定激光开启和弧焊开启的时序和能量值，并在工作时向激光器、MIG焊接电源及工件转台系统发出控制指令；
2）通过控制器的程序控制焊接过程中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值调控；在焊接起始阶段，依次启动工件转台系统、激光及电弧；工件转台系统转速、激光及电弧均达到设定值，开始稳定激光电弧复合焊接过程，在焊接终止阶段，依次关闭激光、电弧及工件转台系统，从小孔模式过渡到热导焊模式；
3）采用与步骤2）中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值相应的焊接工艺参数。
针对铝合金薄壁环形激光电弧复合焊对接焊缝焊接，采用图1所示焊接系统来实现。激光器选用大功率的Nd.YAG激光器或光纤激光器（激光功率≥3000W），MIG焊接电源选用最大电流可达200A、具备推拉送丝机构的设备，焊接过程保护气选用工业纯氩或氦气。焊丝选用与待焊零件匹配的焊丝牌号。转台转速需满足环形零件焊缝处线速度在0.9m/min至5m/min范围内稳定可调。控制器为可实现编程控制的计算机。另外，需根据环形待焊零件设计相应辅助工装。本方案中使用的激光电弧复合焊接工艺，以激光能量为主，电弧能量起辅助作用。
图2为本发明一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法一个实施例的激光、电弧、转台时序匹配控制图；图中纵轴表示焊接电流、激光功率、旋转速度（环形焊缝焊接过程中旋转速度）的大小，横轴表示时间，图中曲线A表示环形焊缝旋转速度，曲线B表示激光功率，曲线C表示焊接电流。具体控制方法为：焊接过程开始，在0秒开始启动转台，经时间t1转台达到设定转速ω0，在t2秒（t2≥t1）开启激光，在t3时刻激光功率达到设定功率值P0，此时可实现激光深熔焊。在t4秒（t4≥t3）开启电弧， 在t5时刻电弧达到设定电流值I0，从t5时刻开始实现稳定激光电弧复合焊接。在t6时刻（t6≥t5+2πr/ω0，r为环形焊缝半径），激光能量开始衰减，在t7秒关闭激光。在t8时刻（t8≥t7）电弧电流开始衰减，在t9秒关闭电弧，在t10时刻（t10≥t9）准备关闭转台，在t11秒关闭转台。
薄壁铝合金环形零件激光电弧复合焊接过程中。铝合金环形对接焊工艺参数包括激光功率、焊接速度、焊接电流、焊枪与零件相对位置、激光入射角度α、焊丝填入角度β及光丝间距d等，根据预设的激光、电弧及工件转台系统时序及参数，优化这些焊接工艺参数，确保起焊处无未焊透缺陷、止焊处无气孔缺陷和整条焊缝焊接过程中工艺稳定。
下面，通过具体的实施例，对本发明技术方案做进一步阐释：
环形铝合金圆筒外径为60mm壁厚为2mm的5A06铝合金圆筒激光电弧复合焊对接，采用工艺参数为：激光功率为 2300至2700W，激光入射角α为8至10度，焊丝与水平面夹角β为25至35度，光丝间距d为2mm， 焊接电流为25至40A，ω0=5.5至7 rad/min。焊接过程中填充焊丝为直径1.2mm的ER5356。焊接过程中采用氩气保护焊接熔池，焊缝背面采用氩气对焊缝进行保护。
图3为现有技术中采用常规激光能量衰减方法得到焊缝收弧处形貌图。
图4为采用本发明技术方案采用本实施例得到的焊接收弧处焊缝形貌图。
对比图3和图4可知，采用本专利技术后可有效消除铝合金薄壁激光电弧复合焊接起焊和止焊处的焊接缺陷。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）选取激光器、MIG焊接电源、工件转台系统及控制器，该控制器预先设定激光开启和弧焊开启的时序和能量值，并在工作时向激光器、MIG焊接电源及工件转台系统发出控制指令；
2）通过控制器的程序控制焊接过程中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值调控；在焊接起始阶段，依次启动工件转台系统、激光及电弧；工件转台系统转速、激光及电弧均达到设定值，开始稳定激光电弧复合焊接过程，在焊接终止阶段，依次关闭激光、电弧及工件转台系统，从小孔模式过渡到热导焊模式；焊接过程开始，在0秒开始启动转台，经时间t1转台达到设定转速ω0，在t2秒开启激光，其中t2≥t1，在t3时刻激光功率达到设定功率值P0，此时可实现激光深熔焊；在t4秒开启电弧，其中t4≥t3，在t5时刻电弧达到设定电流值I0，从t5时刻开始实现稳定激光电弧复合焊接；在t6时刻激光能量开始衰减，其中t6≥t5+2πr/ω0，r为环形焊缝半径，在t7秒关闭激光；在t8时刻电弧电流开始衰减，其中t8≥t7，在t9秒关闭电弧，在t10时刻准备关闭转台，其中t10≥t9，在t11秒关闭转台；
3）采用与步骤2）中激光开启和弧焊开启的顺序和能量值相应的焊接工艺参数进行焊接。
2.根据权利要求1所述的消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于：所述控制器为可实现编程控制的计算机。
3.根据权利要求1所述的消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于：所述激光器为Nd.YAG激光器。
4.根据权利要求1所述的消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于：所述激光器为光纤激光器。
5.根据权利要求1所述的消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于：焊接过程中保护气选自工业纯氩气或工业纯氦气。
6.根据权利要求1所述的消除铝合金环形焊缝缺陷的方法，其特征在于：所述MIG焊接电源配有推拉送丝机构。
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