CN110227886A - 一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于钢桶的全自动激光‑电弧复合焊接的生产工艺，包括以下步骤：前期准备、焊接材料准备、焊接、焊缝表面处理、焊接质量验收。其中，所述焊接这一步骤采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，所述激光/电弧旁轴复合系统包括光纤激光器、MAG电弧焊机、旁轴复合焊柜，所述光纤激光器、MAG电弧焊机通过旁轴复合焊柜固定在一起。本发明所述的一种用于钢桶的全自动激光‑电弧复合焊接的生产工艺，采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，激光/电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种焊接工艺，具有电弧焊的搭桥能力和激光焊的深熔特性，避免了单一焊接方法的缺点与不足，工艺简单，能有效的提高生产质量以及生产效率，应用前景广阔。

Description

一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺
技术领域
本发明涉及钢桶生产技术领域，具体涉及一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺。
背景技术
钢桶是传统容器之一，在传统容器中占有很重要的地位。钢桶从暂时贮存内装物品的机能演变到今天的工业包装、销售包装、运输包装等;从生产到流通、消费形成一贯流动容器，成了长期保存内装物品的手段，可以说钢桶给人类的工作和生活带来了很大的变革和进步。
焊接是钢桶生产工序中的重要一环。传统的钢桶生产工艺十分简单，将桶身板材焊接成环状桶身后，在桶身两端卷封桶盖，即完成一个成品钢桶，桶身板材的卷封处存在焊缝，焊缝相对与桶身平面凸起，无法与桶盖紧密配合，钢桶在运输过程中存在晃动导致焊缝开裂的风险，导致钢桶泄漏；焊缝凸起处还可能在运输过程中损坏钢桶内运输的原料，给钢桶使用者带来经济损失。
焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。其中，激光焊是一种高速、自动化和高质量的焊接工艺，相比电弧焊工艺，焊速更高，焊材消耗更少。然而，激光焊并没有被广泛应用，一是因为工艺复杂，二是因为焊缝硬度高而韧性不足，激光焊接时由于焊缝合金元素的损失得不到补充以及熔池温度分布的不均衡性，易产生硬脆接头，此外，激光输出功率不足以满足壁厚或者生产率的要求，光束传输系统的位置局限性，设备便携性差，设备的可靠性问题，设备的采购成本和运行成本高。
中国专利申请号为CN201610488443.9公开了一种金属桶半自动化加工方法，没有对焊接这一工序进行具体说明。
中国专利申请号为CN201710141789.6公开了桶身焊缝定位碾压剪切系统，工艺过于简单，提供一种桶身焊缝定位碾压剪切系统，其通过对焊接成型的桶身进行二次加工，解决金属包装钢桶上焊缝与桶盖密封配合的问题，没有对焊接这一工序进行具体说明。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，激光/电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种焊接工艺，具有电弧焊的搭桥能力和激光焊的深熔特性，避免了单一焊接方法的缺点与不足，工艺简单，能有效的提高生产质量以及生产效率，应用前景广阔。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)前期准备：现场焊接在防风棚内进行，风速≤ 2m/s，温度≥5℃，湿度≤90%RH，并对所有设备作全面细致的检查，确认设备无异常；
(2)焊接材料准备：对钢桶需要焊接处进行坡口加工，所述坡口加工采用机械切削加工，在内外表面坡口两侧 25mm 的范围内清理至呈现金属光泽；
(3)焊接：采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，所述激光/电弧旁轴复合系统包括光纤激光器、MAG电弧焊机、旁轴复合焊柜（3），所述光纤激光器、MAG电弧焊机通过旁轴复合焊柜固定在一起，所述MAG电弧焊机采用直流反接，焊接过程中所述光纤激光器的激光束与钢桶表面保持垂直，所述MAG电弧焊机的焊枪与激光束之间的夹角为 30°，焊接顺序为激光在前，电弧在后，焊接速度为0.8m/min；
(4)焊缝表面处理：焊接完成后，清除焊缝表面熔渣、飞溅物和其它污物，将所述焊缝高度打磨至 0～2mm；
(5) 焊接质量验收：对钢桶成品进行抽验收，合格，则包装入库；若不合格，清除焊接处，重复上述步骤。
激光/电弧复合焊是利用激光与电弧相互作用形成的是一种增强适应性的焊接方法，激光/电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种焊接工艺，具有电弧焊的搭桥能力和激光焊的深熔特性，避免了单一焊接方法的缺点与不足。本发明选择光纤激光器为德国 IPG公司生产的型号为YLR(Ytterbium Fiber Laser)-6000 高功率光纤激光器，电弧焊机为福尼斯 TPS 4000 数字化脉冲 MIG/MAG 焊机。所述光纤激光器、电弧焊机通过旁轴复合焊柜固定在一起，旁轴复合焊柜将激光束与电弧以30°的角度作用在钢桶的同一位置， 焊接顺序为激光在前，电弧在后，复合难度小，工艺简单，避免了单一焊接方法的缺点与不足，能有效的提高生产质量以及生产效率。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述坡口形状为斜Y性，所述坡口角度为60°，所述坡口宽度为1mm。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述旁轴复合焊柜包括固定架、进气口、扩散孔、气体通道、激光束通道、焊枪通道；所述光纤激光器、MAG电弧焊机固定在所述固定架上，所述激光束、焊枪通过所述激光束通道、焊枪通道，所述进气口穿射在所述固定架两侧并与所述气体通道连通，所述气体通道内设置有所述扩散孔，所述扩散孔位于所述进气口下方。
基于现场焊接施工的特殊环境以及技术特点，要求旁轴复合焊柜有便于移动、结构紧凑、调节灵活、在大电流下能够长时间工作，现有技术中的旁轴复合焊柜无法满足需要。所述旁轴复合焊柜结构尺寸小，方便移动，简易灵活，虽然所述MAG电弧焊机的焊枪与激光束之间的夹角为 30°，但根据实际情况，激光束与焊抢之间的角度可调，可在高温、低温和风沙环境下使用。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述光纤激光器的激光功率为4000-4200W，所述MAG电弧焊机的焊焊接电流为 125-130A。
当激光功率小于4000W 时，激光尚未穿透桶板，当功率增大于4200W 时，虽然焊缝全部熔透，但会产生均匀有规则的焊瘤，焊瘤大小近似，排列均匀，这导致焊缝正面几乎没有余高，甚至有一定程度的咬边。这是因为钢板焊接的熔深对激光功率的变化很敏感，单独调节激光功率是不合适的，应当通过适当减小激光功率、增大 MAG 电弧电流来调整焊接规范，当激光功率为4000～4200W、MAG 焊焊接电流为 125-130A。时，焊缝背面不再出现球粒，焊缝正面成形也较好。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述光纤激光器的激光光斑中心与未起弧时所述MAG电弧焊机的焊丝和所述钢桶交点之间的距离为 3～4mm。
当光纤激光器的激光光斑中心与未起弧时焊丝和所述钢桶交点之间的距离为 小于2mm，焊接飞溅，焊缝成形较差，另外激光容易打倒 MAG 焊枪，造成损坏；当光纤激光器的激光光斑中心与未起弧时焊丝和所述钢桶交点之间的距离大于到 7mm时，由于激光与电弧之间相互作用减弱，导致焊缝熔深降低。当激光距离为 3～4mm，复合焊接效果相对更好，焊缝背面出瘤现象得到较大程度的抑制，球粒减少，且焊缝背面余高均匀。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述步骤（3）中，所述MAG电弧焊机2的焊丝端头至导电嘴端头的距离为20mm。
理论上，焊丝端头至导电嘴端头的距离越小，焊接熔深越大，焊缝宽度越小。这是因为随着距离增加，电弧电压升高，电弧力减弱，焊丝熔化量增加，使得电弧形成的液态金属凹坑变浅，激光作用平面提高，而电弧的作用范围增加，最终导致焊缝宽度增加，焊接熔深降低。 试验过程中发现，当电弧焊机的焊丝端头至导电嘴端头的距离为20mm时，焊接效果较好。因为如果距离过小， 激光容易损坏 MAG 焊枪，而距离越大，焊接飞溅越大，工艺稳定性下降，并且距离增加到一定程度时，焊缝中就开始出现大量气孔，焊缝表面形貌开始急剧恶化，表面有坑洞出现，焊缝边缘也不再平直。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述步骤（3）中，所述焊缝间隙为0.3-1.0mm。
当焊缝间隙为0.3-1.0mm，激光正好作用在根部两侧，而电弧能对其进行充分的填充，焊接效果最好。
进一步的，上述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述步骤（3）中，在焊接的同时通入保护气体，所述保护气体为70%Ar+30%CO2混合气体。
如果使用纯Ar（氩气）做保护气，容易产生焊缝咬边缺陷，且焊缝成形不稳定，容易发生偏移。而加入30%的CO2，可以克服纯Ar气焊接时的阴极斑点漂移现象及焊缝成形不良等问题。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明公开的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，结合了激光焊和电弧焊两种焊接工艺，具有电弧焊的搭桥能力和激光焊的深熔特性，避免了单一焊接方法的缺点与不足；
（2）本发明开的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，所述光纤激光器、电弧焊机通过旁轴复合焊柜固定在一起，旁轴复合焊柜将激光束与电弧作用在钢桶的同一位置，结构尺寸小，方便移动，简易灵活，根据实际情况可以调节激光束与焊抢之间的角度，可在高温、低温和风沙环境下使用。
（3）本发明开的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，工艺简单，能有效的提高生产质量以及生产效率，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明所述一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺中激光/电弧旁轴复合系统的结构示意图；
图2为本发明所述一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺中坡口形状的示意图
图中：1光纤激光器、11激光束、2 MAG电弧焊机、21 焊枪、3旁轴复合焊柜、31固定架、32进气口、33扩散孔、34气体、35激光束通道、36焊枪通道；a 钢桶。
具体实施方式
下面将结合具体实验数据和附图1~2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
现场焊接在防风棚内进行，风速≤ 2m/s，温度≥5℃，湿度≤90%RH，并对所有设备作全面细致的检查，确认设备无异常。
钢桶需要焊接处进行坡口加工，所述坡口加工采用机械切削加工，如图2所述，所述坡口形状为斜Y性，所述坡口角度为60°，所述坡口宽度为1mm，在内外表面坡口两侧 25mm的范围内清理至呈现金属光泽。
采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，如图1所示，所述激光/电弧旁轴复合系统包括光纤激光器1、MAG电弧焊机2、旁轴复合焊柜3，所述光纤激光器1、MAG电弧焊机2通过旁轴复合焊柜3固定在一起。其中，如图1所示，所述旁轴复合焊柜3包括固定架31、进气口32、扩散孔33、气体通道34、激光束通道35、焊枪通道36。
所述MAG电弧焊机2采用直流反接，焊接过程中所述光纤激光器1的激光束11与钢桶表面保持垂直，所述MAG电弧焊机2的焊枪21与激光束11之间的夹角为 30°，焊接顺序为激光在前，电弧在后，焊接速度为0.8m/min，光纤激光器1的激光功率为4000W，电弧焊机2的MAG 焊焊接电流为 125A。光纤激光器1的激光光斑中心与未起弧时MAG电弧焊机2的焊丝和所述钢桶交点之间的距离为 3mm。所述MAG电弧焊机2的焊丝端头至导电嘴端头的距离为20mm。所述焊缝间隙为0.5mm。在焊接的同时通入保护气体，所述保护气体为70%Ar+30%CO2混合气体。
焊接完成后，清除焊缝表面熔渣、飞溅物和其它污物，将所述焊缝高度打磨至1mm。
最后，对钢桶成品进行抽验收，合格，则包装入库；若不合格，若不合格，清除焊接处，重复上述步骤。
实施例2
现场焊接在防风棚内进行，风速≤ 2m/s，温度≥5℃，湿度≤90%RH，并对所有设备作全面细致的检查，确认设备无异常。
钢桶需要焊接处进行坡口加工，所述坡口加工采用机械切削加工，如图2所述，所述坡口形状为斜Y性，所述坡口角度为60°，所述坡口宽度为1mm，在内外表面坡口两侧 25mm的范围内清理至呈现金属光泽。
采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，如图1所示，所述激光/电弧旁轴复合系统包括光纤激光器1、MAG电弧焊机2、旁轴复合焊柜3，所述光纤激光器1、MAG电弧焊机2通过旁轴复合焊柜3固定在一起。其中，如图1所示，所述旁轴复合焊柜3包括固定架31、进气口32、扩散孔33、气体通道34、激光束通道35、焊枪通道36。
所述MAG电弧焊机2采用直流反接，焊接过程中所述光纤激光器1的激光束11与钢桶表面保持垂直，所述MAG电弧焊机2的焊枪21与激光束11之间的夹角为 30°，焊接顺序为激光在前，电弧在后，焊接速度为0.8m/min，光纤激光器1的激光功率为4100W，电弧焊机2的MAG 焊焊接电流为 130A。光纤激光器1的激光光斑中心与未起弧时MAG电弧焊机2的焊丝和所述钢桶交点之间的距离为 4mm。所述MAG电弧焊机2的焊丝端头至导电嘴端头的距离为20mm。所述焊缝间隙为0.8mm。在焊接的同时通入保护气体，所述保护气体为70%Ar+30%CO2混合气体。
焊接完成后，清除焊缝表面熔渣、飞溅物和其它污物，将所述焊缝高度打磨至1mm。
最后，对钢桶成品进行抽验收，合格，则包装入库；若不合格，若不合格，清除焊接处，重复上述步骤。
实施例3
现场焊接在防风棚内进行，风速≤ 2m/s，温度≥5℃，湿度≤90%RH，并对所有设备作全面细致的检查，确认设备无异常。
钢桶需要焊接处进行坡口加工，所述坡口加工采用机械切削加工，如图2所述，所述坡口形状为斜Y性，所述坡口角度为60°，所述坡口宽度为1mm，在内外表面坡口两侧 25mm的范围内清理至呈现金属光泽。
采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，如图1所示，所述激光/电弧旁轴复合系统包括光纤激光器1、MAG电弧焊机2、旁轴复合焊柜3，所述光纤激光器1、MAG电弧焊机2通过旁轴复合焊柜3固定在一起。其中，如图1所示，所述旁轴复合焊柜3包括固定架31、进气口32、扩散孔33、气体通道34、激光束通道35、焊枪通道36。
所述MAG电弧焊机2采用直流反接，焊接过程中所述光纤激光器1的激光束11与钢桶表面保持垂直，所述MAG电弧焊机2的焊枪21与激光束11之间的夹角为 30°，焊接顺序为激光在前，电弧在后，焊接速度为0.8m/min，光纤激光器1的激光功率为4200W，电弧焊机2的MAG 焊焊接电流为 130A。光纤激光器1的激光光斑中心与未起弧时MAG电弧焊机2的焊丝和所述钢桶交点之间的距离为 4mm。所述MAG电弧焊机2的焊丝端头至导电嘴端头的距离为20mm。所述焊缝间隙为1mm。在焊接的同时通入保护气体，所述保护气体为70%Ar+30%CO2混合气体。
焊接完成后，清除焊缝表面熔渣、飞溅物和其它污物，将所述焊缝高度打磨至1mm。
最后，对钢桶成品进行抽验收，合格，则包装入库；若不合格，若不合格，清除焊接处，重复上述步骤。
由上述实施例1、实施例2、实施例3得到的钢桶成品，焊接效果好，焊接速度快，焊缝背面出瘤、球粒大幅减少，且焊缝背面余高均匀，产品合格率高。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 前期准备：现场焊接在防风棚内进行，风速≤ 2m/s，温度≥5℃，湿度≤90%RH，并对所有设备作全面细致的检查，确认设备无异常；
(2) 焊接材料准备：对钢桶需要焊接处进行坡口加工，所述坡口加工采用机械切削加工，在内外表面坡口两侧 25mm 的范围内清理至呈现金属光泽；
(3) 焊接：采用激光/电弧旁轴复合系统进行焊接，所述激光/电弧旁轴复合系统包括光纤激光器（1）、MAG电弧焊机（2）、旁轴复合焊柜（3），所述光纤激光器（1）、MAG电弧焊机（2）通过旁轴复合焊柜（3）固定在一起，所述MAG电弧焊机（2）采用直流反接，焊接过程中所述光纤激光器（1）的激光束（11）与钢桶表面保持垂直，所述MAG电弧焊机（2）的焊枪（21）与激光束（11）之间的夹角为 30°，焊接顺序为激光在前，电弧在后，焊接速度为0.8m/min；
(4) 焊缝表面处理：焊接完成后，清除焊缝表面熔渣、飞溅物和其它污物，将所述焊缝高度打磨至 0～2mm；
(5) 焊接质量验收：对钢桶成品进行抽验收，合格，则包装入库；若不合格，清除焊接处，重复上述步骤。
2.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述坡口形状为斜Y性，所述坡口角度为60°，所述坡口宽度为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述旁轴复合焊柜（3）包括固定架（31）、进气口（32）、扩散孔（33）、气体通道（34）、激光束通道（35）、焊枪通道（36）；所述光纤激光器（1）、MAG电弧焊机（2）固定在所述固定架（31）上，所述激光束（11）、焊枪（21）通过所述激光束通道（35）、焊枪通道（36），所述进气口（32）穿射在所述固定架（31）两侧并与所述气体通道（34）连通，所述气体通道（34）内设置有所述扩散孔（33），所述扩散孔（33）位于所述进气口（32）下方。
4.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，所述光纤激光器（1）的激光功率为4000-4200W，所述MAG电弧焊机（2）的焊焊接电流为 125-130A。
5.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述光纤激光器（1）的激光光斑中心与未起弧时所述MAG电弧焊机（2）的焊丝和所述钢桶交点之间的距离为 3-4mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述MAG电弧焊机（2）的焊丝端头至导电嘴端头的距离为20mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，所述焊缝间隙为0.3-1.0mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于钢桶的全自动激光-电弧复合焊接的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，在焊接的同时通入保护气体，所述保护气体为70%Ar+30%CO2混合气体。
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