CN111604597B - 一种k型接头双电弧预热激光摆动焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，将两个TIG焊枪分别置于两侧支板和底板之间，在TIG焊枪和两侧支板及底板之间起弧，利用小电流TIG电弧预热支板和底板，同时利用垂直于底板的摆动激光沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，激光的摆动方向与焊接方向相互垂直。本发明的焊接方法中，采用小电流电弧预热工件，提高了工件对激光能量的吸收率，因此可以使用较低的激光焊接K型接头一次成形，降低了较大激光能量焊接K型接头的焊接工件变形以及多次焊接产生的焊接应力集中问题。由于降低了对母材的热输入，大大降低了接头的变形量、使母材焊缝组织晶粒细小、力学性能得到提高。

Description

一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法。
背景技术
K型接头应用于航空、航天领域。在航空、航天领域对焊接部件的焊缝质量要求很高。目前关于K型接头的焊接方法较少，作为激光焊接技术作为高能束焊接技术的能直接应用于K型接头的焊接。目前K型接头激光焊接的常规焊接方法是在K型连接件上实施三次激光束焊接：第一道焊缝焊接完成后实施第二道焊缝的焊接，之后在第二道焊缝焊接完成的基础上实施第三道焊缝的焊接。但此方法有明显的弊端：由于依次施焊，容易造成焊缝的加热、冷却温度的不同而造成的应力集中，产生焊接变形，影响焊缝质量；而且三次施焊增大了施工的工作量，进而降低了焊接生产率；三次施焊也很容易造成焊缝未熔合等焊接缺陷。
中国专利《K型接头的双光束激光焊接方法》，公开日为2013.02.13，公开了通过应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，将主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11作用于支板1与底板3的交界区域，焊接光束12作用于支板2与底板3的交界区域，焊接光束21和焊接光束22作用于支板1和支板2的交界区域。此方法涉及到两台激光器以及激光头对光束分成两束光焊接势比造成焊接前准备和焊接过程的复杂性，而且由于光束的光斑很小（一般为0.2mm），为得到较大的熔化区域，需要保证激光束较大的光束间距，这样很容易出现焊缝未熔合、未焊透问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，以解决现有技术中K型接头焊接未熔合、未焊透、降低焊接变形、焊缝质量不易控制的问题。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法：将两个TIG焊枪分别置于两侧支板和底板之间，在TIG焊枪和两侧支板及底板之间起弧，利用小电流TIG电弧预热支板和底板，同时利用垂直于底板的摆动激光沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，激光的摆动方向与焊接方向相互垂直。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：具体包括以下步骤：
S1、焊接前，将支板和底板表面进行打磨或清洗，并将打磨或清洗后的支板和底板固定在焊接夹具上；
S2、将两把TIG焊枪分别置于两侧支板和底板之间，两把TIG焊枪与两个TIG电源的相同极性的一极相连，支板和底板连接两个TIG电源的另一极；
S3、启动激光器，使激光束垂直向下，并沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，同时开启保护气，对焊接熔池进行气体保护，防止焊缝氧化。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：激光器为Nd：YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：当支板和底板为铝、镁合金材质时，两把TIG焊枪分别连接两个TIG电源的正极，支板和底板同时分别与两个TIG电源的负极连接。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：当支板和底板为铸铁、低碳钢、高碳钢、低合金钢、镍及镍合金、不锈钢或钛金属时，两把TIG焊枪分别连接两个TIG电源的负极，支板和底板同时分别与两个TIG电源的正极连接。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：激光功率1-10kW，焊接速度0.2-2m/min。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：激光束摆动速度低于1000mm/s。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：TIG电源的电流为10-80A。
作为本发明一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法的进一步优化：保护气为氩气或氦气。
本发明的K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法具有以下有益效果：
一、本发明的焊接方法中，当焊接铸铁、低碳钢、高碳钢、低合金钢、镍及镍合金、不锈钢或钛金属材料时，位于两侧支板和底板的两把TIG焊枪分别连接两个TIG电源的负极，支板和底板同时分别与两个TIG电源的正极连接，有利于增大电弧对焊接母材的热输入；而当焊接镁、铝合金材料时可采用位于两侧支板和底板的两把TIG焊枪分别连接两个TIG电源的正极，支板和底板同时分别与两个TIG电源的负极连接，这是由于铝、镁及其合金的表面存在一层致密的氧化膜，由于氧化膜的熔点很高（如Al2O3，熔点为2050℃），焊接时难以熔化，往往覆盖在焊接熔池表面上，如不及时清除，冷却凝固后会造成未熔合，使焊缝表面形成皱皮或内部产生气孔、夹渣等缺陷，直接影响焊缝质量。通过上述电极连接方式，可以实现电弧不仅预热焊接母材还能清除电弧作用区域的氧化膜，提高焊缝质量。本发明通过位于两侧支板和底板的两个小电流电弧分别对两侧的支板和底板加热，有利于提高激光束的能量吸收率进而增大工件结合处的熔化效率，提高焊接效率；
二、本发明的焊接方法中，采用小电流电弧预热工件，提高了工件对激光能量的吸收率，因此可以使用较低的激光焊接K型接头一次成形，降低了较大激光能量焊接K型接头的焊接工件变形以及多次焊接产生的焊接应力集中问题。由于降低了对母材的热输入，大大降低了接头的变形量、使母材焊缝组织晶粒细小、力学性能得到提高；
三、本发明的焊接方法中，令垂直向下，并沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，可明显降低焊缝的未熔合、未焊透等焊接缺陷，提高焊缝质量。
附图说明
图1为本发明K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法工作原理图；
图2为常规单束激光焊接后K型接头的焊缝形貌示意图；
图3为采用K 型接头的双光束激光焊接方法焊接后K型接头的焊缝形貌示意图；
图4为采用K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法焊接后K型接头的焊缝形貌示意图；
图中标记：1、激光束，2、第一支板，3、第二支板，4、底板，5、第一TIG焊枪，6、第二TIG焊枪，7为第一个TIG电源，8为第二个TIG电源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，具体包括以下步骤：
S1、焊接前，将支板和底板表面进行打磨或清洗，并将打磨或清洗后的支板和底板固定在焊接夹具上；
S2、将两把TIG焊枪分别置于两侧支板和底板之间，两把TIG焊枪与两个TIG电源的相同极性的一极相连，支板和底板连接两个TIG电源的另一极。TIG电源的电流为10-80A。
S3、启动激光器，使激光束垂直向下，并沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，激光的摆动方向与焊接方向相互垂直，同时开启保护气，对焊接熔池进行气体保护，防止焊缝氧化。
激光器为Nd：YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器。激光功率1-10kW，焊接速度0.2-2m/min。激光束摆动速度低于1000mm/s。
如图1所示，为本发明自熔丝激光深熔焊接方法的工作原理示意图，位于两侧支板和底板的两个小电流电弧分别对两侧的支板和底板加热，有利于提高激光束的能量吸收率进而增大工件结合处的熔化效率，提高焊接效率。采用小电流电弧预热工件，提高了工件对激光能量的吸收率，因此可以使用较低的激光焊接K型接头一次成形，降低了较大激光能量焊接K型接头的焊接工件变形以及多次焊接产生的焊接应力集中问题。由于降低了对母材的热输入，大大降低了接头的变形量、使母材焊缝组织晶粒细小、力学性能得到提高。激光束垂直向下，并沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，激光的摆动方向与焊接方向相互垂直，可明显降低焊缝的未熔合、未焊透等焊接缺陷，提高焊缝质量。
如图2所示，常规单束激光焊接后K型接头的焊缝形貌示意图。如图3所示，为采用K型接头的双光束激光焊接方法焊接后K型接头的焊缝形貌示意图。图4所示，为采用K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法焊接后K型接头的焊缝形貌示意图。
由上述附图可以看出：对接头先后进行三次焊接， 不仅焊接效率低， 而且焊接工序多， 影响焊接质量的因素增多， 焊缝熔宽较小， 易出现接合面未熔合的现象；而采用双光束激光焊接，由于光束的光斑很小（一般为0.2mm），为得到较大的熔化区域，需要保证激光束较大的光束间距，这样很容易出现焊缝未熔合、未焊透问题而且双束激光光斑距离调整不合适也极易出现焊缝未熔合的焊接缺陷；而本专利的方法能得到较好的焊缝成形，避免了上述问题的产生。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、焊接前，将支板和底板表面进行打磨或清洗，并将打磨或清洗后的支板和底板固定在焊接夹具上；
S2、将两把TIG焊枪分别置于两侧支板和底板之间，两把TIG焊枪与两个TIG电源的相同极性的一极相连，支板和底板连接两个TIG电源的另一极；
当支板和底板为铝、镁合金材质时，两把TIG焊枪分别连接两个TIG电源的正极，支板和底板同时分别与两个TIG电源的负极连接；
当支板和底板为铸铁、低碳钢、高碳钢、低合金钢、镍及镍合金、不锈钢或钛金属时，两把TIG焊枪分别连接两个TIG电源的负极，支板和底板同时分别与两个TIG电源的正极连接；
S3、启动激光器，使激光束垂直向下，并沿两个支板的交界区域进行往复摆动焊接，同时开启保护气，对焊接熔池进行气体保护，防止焊缝氧化。
2.如权利要求1所述一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，其特征在于：激光器为Nd：YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器。
3.如权利要求1所述一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，其特征在于：激光功率1-10kW，焊接速度0.2-2m/min。
4.如权利要求1所述一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，其特征在于：激光束摆动速度低于1000mm/s。
5.如权利要求1所述一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，其特征在于：TIG电源的电流为10-80A。
6.如权利要求1所述一种K型接头双电弧预热激光摆动焊接方法，其特征在于：保护气为氩气或氦气。
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