CN110860796B - 一种铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法，是一种焊接在线清理辅助的焊接工艺方法，解决目前激光焊接、激光钎焊、熔钎焊过程焊前清理工序复杂，效率低等问题，也可解决焊前清理无法避免的氧化膜再次形成问题，实现焊接过程与氧化膜清理同步进行。方法包括：采用小电流电弧在线作用于焊接位置的前端，利用阴极清理作用破碎铝合金表面氧化膜，送丝点在激光作用点前端，处于阴极清理与激光光斑的范围内，激光焊接熔化焊丝的同时，部分能量熔化工件基体材料，焊丝过渡到基体，而基体表面氧化膜被电弧破碎使得熔滴铺展顺利，从而提高焊接质量。整个过程在惰性气体的保护下完成。该方法在铝合金、铝基复合材料、高硅铝材料的激光熔化焊、激光钎焊领域有重要意义。

Description

一种铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法
技术领域
本发明涉及铝合金激光填丝焊、钎焊、熔钎焊，解决了铝合金激光填丝焊、钎焊过程中由于母材表面及焊丝表面氧化膜的存在而引起接头强度较差、焊丝熔滴铺展不顺的问题，是一种在线清理辅助的焊接方法，较传统焊接质量更加可靠。
背景技术
传统的钎焊大都采用钎剂去除母材和钎料表面的氧化膜，促进钎料的润湿铺展，实现焊接。但是钎剂严重损害操作人员的健康和安全，并且有一定的腐蚀性，对接头长期使用构成威胁，因此无钎剂的钎焊技术成为了发展的必然。而无钎剂的钎焊技术的关键问题即钎焊过程中被焊件金属表面的氧化膜去除，提高钎料在金属表面上的润湿性，并且防止焊接过程中被焊件及焊料再被氧化。目前的主要手段有：钎料的改性如钎料表面改性、钎料微合金化、钎料与钎剂复合技术以及钎焊工艺手段如超声波震动辅助钎焊技术。
CN201410308963.8提出的小电流摆动电弧阴极物化氧化膜清理方法，采用摆动的反接电弧进行铝、镁合金焊前清理，存在几个问题：反接电弧(正反极性时间比1：20～1：9)容易造成钨极损坏，其二是一种离线的清理方式，未与焊接集成，再者摆动电弧控制的复杂性。
本发明，不仅可以解决激光钎焊过程中铝合金表面及填充材料氧化膜去除问题，并且是一种随清随焊的过程，焊接过程与铝合金氧化的清理同步进行，生产效率极高，并且也减少了铝合金氧化膜再次形成的风险，提高焊接强度。也可用于激光填丝焊，减少焊前清理的工序，缩短焊前准备时间，利用电弧的阴极清理作用去除铝合金表面及焊丝表面氧化膜，减少接头中氧化膜夹杂缺陷的风险，提高接头的可靠性。
发明内容
本发明解决铝合金激光熔化焊或激光钎焊过程中氧化膜去除的问题，简化激光熔化焊焊前处理工序，提高焊接材料润湿性，是一种随清随焊的焊接方法。整个过程中，铝合金的电弧清理与激光焊接同时进行，避免了焊前清理方法中铝合金氧化膜再次形成，并且极大地提升的生产效率。
本发明提供的铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法，采用小电流作用于焊接区域，利用电弧的阴极清理作用破碎铝合金基体表面氧化膜，极少熔化或基本不熔化工件基体；激光熔化焊丝及部分工件基体；焊丝熔化后过渡到基体表面形成焊缝；焊接过程中采用惰性气体保护。
进一步，本发明方案中，小电流电弧尽可能小以减小热输入，一般在60A以下，尽可能减少电弧热输入，并且能够达到电弧阴极清理的作用。小电流具有变极性特点，根据工件厚度进行平均电流调整。负半波电流一般小于正半波电流，占空比60％～85％，电流处于负半波时，使工件待焊表面被正离子冲击，氧化膜破碎，达到阴极清理的效果，极少或不熔化母材。
进一步，电弧喷嘴位于激光的后侧，与工件表面呈60°～80°，注意不能遮挡激光，并且保证电弧的可达性。
进一步，焊丝送入点位于电弧阴极作用区，且电弧阴极作用区与激光光斑范围有重叠。焊丝送丝方向与焊接前进方向存在一定夹角，范围在20°～45°，可以防止焊丝阻挡电弧，影响母材表面阴极清理效果。
进一步，激光光斑一直处于电弧阴极作用区内，防止氧化膜再次形成，激光大部分能量用于熔化焊丝，部分用于熔化工件基体。
进一步，保护气可用电弧自带的保护气，为改善保护效果还可另外增加保护气。
本发明，主要提供一种铝合金氧化膜焊接时在线去除的解决方案，可改善激光焊接、激光钎焊熔滴过渡铺展，提高焊接质量，清理效率高、成本低，易集成。
附图说明
图1为适用的接头形式；
图2为焊接起始状态，先起弧不送丝；
图3为焊接过程中电弧、激光、焊丝的相对位置关系；
图4为焊丝送入点位置示意图。
具体实施方式
下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
步骤1、工件的接头准备，接头形式可以为图1所示，对接不开坡口为激光填丝焊形式，对接接头开坡口为熔钎焊的形式；卷边接头为钎焊的形式；
步骤2、在工件装好的情况下，开启电弧，先不送丝，焊丝处于远离电弧阴极作用区，使电弧阴极作用区能够全部覆盖待焊区域，位置如图2所示；电弧与工件表面的夹角为60°～80°，保证电弧喷嘴不能遮挡激光，电弧喷嘴选择直径8mm～16mm，钨棒直径为1mm～2mm，电流根据工件厚度进行选择，反极性电流一般小于正极性电流，反极性占比60％～85％，钨极距离工件的距离为1mm～4mm，频率为60～200Hz。
步骤3、开启工件运动或整体焊枪移动，焊接速度在500mm/min～3000mm/min；
步骤4、开启激光后，迅速开启送丝，激光功率与送丝速度匹配，激光、小电流电弧、送丝点相对位置如图3所示，送丝方向与焊接方向保证一定夹角(5°～30°)，焊丝送入点(图4)需在激光光斑范围内，激光光斑处于电弧阴极作用区内，激光与工件法线方向呈6～12°夹角(α)，防止高反；
步骤5、焊接结束时，依次关闭送丝、激光、电弧，保护气延迟关闭，然后停止运动。
本发明提供的小电流电弧辅助在线清理的激光填丝焊接方法，解决铝合金激光熔化焊或激光钎焊过程中氧化膜去除的问题，简化激光熔化焊焊前处理工序，提高熔滴润湿性，是一种在线清理的焊接方法。小电流电弧作用区域小，可在热输入较低的前提下破碎铝合金表面氧化膜。
依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法，其特征在于，采用小电流电弧作用于焊接区域，利用阴极清理作用破碎铝合金表面氧化膜，送丝点在激光作用点前端，处于阴极清理与激光光斑的范围内；激光焊接熔化焊丝的同时，部分能量熔化工件基体材料，焊丝过渡到基体，而基体表面氧化膜被电弧破碎使得熔滴铺展顺利；焊接过程中采用惰性气体保护；
小电流电弧平均电流在60A以下，具有变极性的特点，根据工件厚度进行平均电流调整；负半波电流小于正半波电流，反极性占比60%~85%，电流处于负半波时，使工件待焊表面被正离子冲击，氧化膜破碎，达到阴极清理的效果，极少或不熔化母材。
2.依据权利要求1所述的铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法，其特征在于，焊丝送入点位于电弧阴极作用区，电弧阴极作用区与激光光斑范围有重叠；焊丝送丝方向与焊接前进方向存在一定夹角，防止焊丝阻挡电弧，影响母材表面阴极清理效果。
3.依据权利要求1所述的铝合金小电流电弧在线清理辅助激光填丝焊接方法，其特征在于，激光光斑一直处于电弧阴极作用区内，防止氧化膜再次形成，激光大部分能量用于熔化焊丝，部分用于熔化工件基体。
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