CN110814552A - 一种扫描振镜激光-高频脉冲tig复合焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种扫描振镜激光‑高频脉冲TIG复合焊接的方法。待焊钢板制成焊接坡口并装配与清洗。第一待焊接工件与第二待焊接工件相对接,第一待焊接工件和第二待焊接工件为厚钢板,两待焊接工件之间具有选定宽度和长度的待焊焊缝,使用焊丝,利用扫描振镜激光‑高频脉冲TIG复合焊枪和TIG焊枪产生激光束对焊缝沿方向进行行走焊接,从一端到另一端,焊接过程采用直线形摆动,圆形摆动或“8”字形摆动方式。由于本发明采用扫描振镜激光‑高频脉冲TIG复合焊接,能够降低气孔产生的几率,提高焊缝性能,同时降低焊缝热输入,减小焊接变形。适宜作为厚壁高强钢、不锈钢等构件摆动激光‑高频脉冲TIG复合焊接的方法应用。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域,特别涉及一种扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊接的方法。
背景技术
厚壁高强钢、不锈钢等构件被广泛应用于海洋、核电等国家重要的工业领域,目前通常采用TIG、MAG或SMAW等传统电弧焊接方法焊接,焊接速度慢,焊接效率低,焊接质量不高。
激光焊具有能量密度高,焊接速度快、焊缝质量好,深宽比大,热影响区小,焊接变形小等优点,已经在工业生产中得到广泛的应用,但是由于单激光焊光斑直径小,对焊缝装配精度要求较高、打底焊背面成形不良,焊缝冷却过快导致焊道侧壁和层间易产生熔合不良。摆动激光焊接利用高频摆动增大熔池面积、改善侧壁熔合、搅拌熔池减少缺陷、提高激光焊接适应性,可以解决厚板构件焊接装配精度要求高、打底焊背面成形不良以及焊道侧壁和层间易产生熔合不良的问题,但是厚壁构件焊接时效率仍然不高。
TIG焊利用钨极和母材之间产生的电弧来熔化金属材料形成焊缝。TIG焊具有保护效果好、熔池冶金反应简单、焊接电流在一定范围内电弧稳定、飞溅小、焊缝美观的优点,常用于低速低热输入焊接。当为提高效率应用到高速焊接的情况时,由于TIG焊熔深较浅,电弧挺度不高,高速焊接易产生跳弧,为加强电弧挺度需增加焊接电流,但易造成钨极烧损导致焊缝夹钨,同时导致热输入过大造成焊缝成形不良。为解决TIG焊焊接效率和焊接质量的矛盾,可以采用脉冲的方法来提供焊接电流,这样可以在总输入热量不变的情况下,提高每次脉冲峰值时的电弧挺度,同时脉冲电流对熔池有搅拌作用,利于熔池中气体的溢出,降低熔池的冷却速度,提高焊接质量。但是脉冲TIG焊在高速焊接时也易产生跳弧现象,同时低频脉冲TIG焊在高速焊接时由于频率过低易造成焊缝成形波动较大,成形质量不高。
发明内容
为了克服现有技术中焊接热输入大、焊接效率低、打底焊成形不良、侧壁和层间熔合不良的问题,本发明提出了一种扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊接的方法。该方法通过采用一种扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合打底焊接,利用高速摆动激光对TIG电弧吸引作用,增大激光电弧的作用面积,降低装配精度要求,利用TIG高频脉冲电流提高电弧挺度增大了根部熔透深度,同时降低热输入避免熔池下塌,保证打底焊缝良好成形;采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合填充焊接,利用高速摆动激光对TIG电弧吸引作用,增大激光电弧的作用面积,改善侧壁熔合,利用高频脉冲TIG提高熔深改善层间熔合质量,同时利用激光摆动和TIG焊高频脉冲搅拌熔池,增大熔池冷却时间,利于气体溢出及焊缝的组织形态,降低气孔产生的几率,提高焊缝性能,同时降低焊缝热输入,减小焊接变形。解决激光电弧复合焊接的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是:
制焊接坡口:将第一待焊接工件和第二待焊接工件机械加工制成焊接坡口;
装配:将第一待焊接工件和第二待焊接工件进行相对装配;
清除污物:焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水分及其它污物;
打底焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行打底焊接,焊丝直径φ1.0-1.2mm,激光功率3.5-4.5kW,扫描形状为直线形、圆形或“8”字形, 扫描宽度1.5-2mm,摆动速度250-500mm/s,峰值电流350-400A,基值电流105-160A,占空比50%,脉冲频率300-500HZ,焊接速度300-350mm/min,氩气流量为15-20L/min;
填充焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行填充焊接,焊丝直径φ1.0-1.2mm,激光功率1-1.5kW,扫描形状为直线形、圆形或“8”字形, 扫描宽度2-3mm,摆动速度250-700mm/s,峰值电流400-450A, 基值电流120-180A ,占空比50%,脉冲频率300-500HZ,焊接速度150-200mm/min,氩气流量为15-20L/min。
积极效果,由于本发明通过将待焊接工件制成焊接坡口,工件装配,焊前清除坡口及其周围的油污、水分及其它污物,采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊接,利用高速摆动激光对TIG电弧吸引作用,增大激光电弧的作用面积,降低了装配精度要求,利用TIG高频脉冲电流提高电弧挺度增大根部熔透深度,同时降低热输入避免熔池下塌,保证打底焊缝良好成形;采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合填充焊接,利用高速摆动激光对TIG电弧吸引作用,增大激光电弧的作用面积,改善侧壁熔合,利用高频脉冲TIG提高熔透深度改善层间熔合质量,同时利用激光摆动和TIG焊高频脉冲搅拌熔池,增大熔池冷却时间,利于气体溢出及焊缝的组织形态,降低气孔产生的几率,提高焊缝性能,同时降低焊缝热输入,减小焊接变形。适宜作为厚壁高强钢、不锈钢等构件摆动激光-高频脉冲TIG复合焊接的方法应用。
附图说明
图1为焊接坡口形式示意图;
图2为扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪及激光电弧复合直线形摆动示意图;
图3为高频脉冲TIG焊接电流波形示意图。
图中,WD.为焊接方向,Ib.为基值电流,Ip.为峰值电流,tp.为峰值电流持续时间,tb.为基值电流持续时间,脉冲频率f=1/(tp+tb),占空比Rw= tp/(tp+tb),1.第一待焊接工件,2.第二待焊接工件,3.摆动激光-高频脉冲TIG复合焊枪,4.激光束,6.焊丝,7.直线形摆动,8.圆形摆动,9.“8”字形摆动。
具体实施方式
实施例1
以板厚为50mm、钝边6mm的SA-738 Gr.B钢对接横焊为例,具体说明焊接实施步骤和过程。
制坡口:将待焊接工件1、待焊接工件2机械加工制成焊接坡口;
装配:将待焊接工件和待焊接工件进行装配;
清除污物:焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水份及其它污物;
打底焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪3通过激光束4进行打底焊接,焊丝6直径φ1.2mm,激光功率3.5kW,扫描形状为直线形7, 扫描宽度2mm,摆动速度250mm/s,峰值电流350A,基值电流105A,占空比50%,脉冲频率300HZ,焊接速度300mm/min,氩气流量为20L/min;
填充焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行填充焊接,焊丝直径φ1.2mm,激光功率1.5kW,扫描形状为直线形, 扫描宽度2mm,摆动速度250mm/s,峰值电流400A,120A,占空比50%,脉冲频率300HZ,焊接速度150mm/min,氩气流量为20L/min;
实施例2
以板厚为60mm、钝边8mm的A514 Gr.Q钢对接横焊为例,具体说明焊接实施步骤和过程。
制坡口:将待焊接工件、待焊接工件机械加工制成焊接坡口;
装配:将待焊接工件和待焊接工件进行装配;
清除污物:焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水份及其它污物;
打底焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行打底焊接,焊丝直径φ1.0mm,激光功率4.5kW,扫描形状为圆形8, 扫描宽度1.5mm,摆动速度500mm/s,峰值电流400A,基值电流为峰值电流的160A,占空比50%,脉冲频率500HZ,焊接速度350mm/min,氩气流量为15L/min;
填充焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行填充焊接,焊丝直径φ1.0mm,激光功率1kW,扫描形状为圆形, 扫描宽度3mm,摆动速度700mm/s,峰值电流450A,基值电流180A,占空比50%,脉冲频率500HZ,焊接速度200mm/min,氩气流量为15L/min。
电流图中纵坐标I代表电流,横坐标t代表电流持续时间,其中b代表低电流,Ip代表高电流,tb代表脉冲电流持续时间,tp代表电流脉冲幅宽。
激光束焊接电流发生变化,包括电流大小和持续时间与脉冲幅宽,以此调节激光焊接电流波形。
所述WD为英文缩写,代表焊接方向。
焊接以板厚为50mm、钝边6mm的SA-738的Gr.B钢板为例。
技术原理:
采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪进行厚钢板焊接,利用高速摆动激光对TIG电弧吸引作用,增大激光电弧的作用面积,降低装配精度要求,利用TIG高频脉冲电流提高电弧挺度增大根部熔透深度,同时降低热输入避免熔池下塌,保证打底焊缝良好成形;增大激光电弧的作用面积,改善侧壁熔合,利用高频脉冲TIG提高熔透深度改善层间熔合质量,同时利用激光摆动和TIG焊高频脉冲搅拌熔池,增大熔池冷却时间,利于气体溢出及焊缝的组织形态,降低气孔产生的几率,提高焊缝性能,同时降低焊缝热输入,减小焊接变形。
所述扫描振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一样 ,故振镜又叫电流计扫描振镜(galvanomet ric scanner) 。扫描振镜其专业名词叫做高速扫描振镜Galvo scanningsystem。所谓振镜,又可以称之为电流表计,它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法,镜片取代了表针,而探头的信号由计算机控制的-5V-5V 或-10V-+10V 的直流信号取代,以完成预定的动作。同转镜式扫描系统相同,这种典型的控制系统采用了一对折返镜,不同的是,驱动这套镜片的步进电机被伺服电机所取代,在这套控制系统中,位置传感器的使用和负反馈回路的设计思路进一步保证了系统的精度,整个系统的扫描速度和重复定位精度达到一个新的水平。
技术原理:
利用扫描振镜电机通过扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行打底焊接和填充焊接,使焊缝焊接充实。
创新点在于:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪进行厚钢板焊接,提高厚钢板焊接质量。
Claims (1)
1.一种扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊接的方法,制焊接坡口:将第一待焊接工件和第二待焊接工件机械加工制成焊接坡口;
装配:将第一待焊接工件和第二待焊接工件进行相对装配;
清除污物:焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水分及其它污物;
其特征是:
第一待焊接工件(1)和第二待焊接工件(2)为厚钢板,两待焊接工件之间具有选定宽度和长度的待焊焊缝,使用焊丝(6),利用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪(3)产生激光束(4)对焊缝沿方向进行行走焊接,从一端到另一端,
打底焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行打底焊接,焊丝直径φ1.0-1.2mm,激光功率3.5-4.5kW,扫描形状为直线形(7)、圆形(8)或“8”字形(9), 扫描宽度1.5-2mm,摆动速度250-500mm/s,峰值电流350-400A,基值电流105-160A,占空比50%,脉冲频率300-500HZ,焊接速度300-350mm/min,氩气流量为15-20L/min;
填充焊接:采用扫描振镜激光-高频脉冲TIG复合焊枪利用激光束进行填充焊接,焊丝直径φ1.0-1.2mm,激光功率1-1.5kW,扫描形状为直线形、圆形或“8”字形, 扫描宽度2-3mm,摆动速度250-700mm/s,峰值电流400-450A, 基值电流120-180A ,占空比50%,脉冲频率300-500HZ,焊接速度150-200mm/min,氩气流量为15-20L/min;
所述扫描形状为直线形、圆形或“8”字形摆动。
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PB01 | Publication | ||
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