CN112108771B - V型/y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法 - Google Patents

Abstract

V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法，涉及激光电弧复合焊焊接专业技术领域，解决现有激光电弧复合焊的工艺可靠性也随着焊接效率的提升而下降的问题，包括完成坡口设计和设计工艺参数的步骤；坡口设计过程中，需要确定坡口钝边厚度与角度；设计工艺参数则按照激光功率、焊接电流、焊接速度、激光光束的工作角度及作用位置、焊枪工作角度、光丝间距、离焦量、保护气流量及成分以及焊丝直径的顺序调整工艺参数并进行焊接测试，直到获得合格的焊接结果。本发明在激光电弧复合焊工艺设计中将复杂的焊接参数进行排序，有针对性的对某些焊接参数按照顺序进行调整，获得初步工艺参数。提高工艺设计效率、节约人力、物力成本。

Description

V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法

技术领域

本发明涉及激光电弧复合焊焊接专业技术领域，具体涉及一种V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法。

背景技术

激光电弧复合焊是近几年快速发展的一种高效焊接技术，通过激光与电弧热源的复合作用加热材料，共同形成熔池从而完成焊接过程。由于该技术包含激光器、电弧焊电源两大系统，影响焊接质量的工艺参数多达17个之多，其中与工艺过程直接相关的也多达9个，且相互耦合、导致工艺设计难度很大，加之没有成熟的经验可以参考，需要进行大量的焊接试验才能摸索出初步参数。其将会耗费大量的人力、物力、财力、以及时间周期。

因此通过试验探索出某种工艺参数设计思路与方法，使典型接头形式下的激光电弧复合焊工艺能够避免各参数间的强耦合关系，结合少量的工艺试验，从而快速的获得初步参数，提高工艺参数设计效率。

针对典型对接接头形式(V型、Y型坡口)，发明一种工艺参数设计方法，通过此方法，可以减少试验量、在无经验或较少经验的情况下，快速获得初步工艺参数。

发明内容

本发明为解决现有激光电弧复合焊的工艺可靠性也随着焊接效率的提升而下降的问题，提供一种V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法。

V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、完成坡口设计，确定坡口钝边厚度与角度；

首先确定坡口钝边厚度t，所述钝边厚度t用下式表示为：

t＝η₁kP

式中，k为碳钢材料，k＝1mm/kW，P为设备允许最大激光功率，η₁为打底焊效率系数；

确定坡口角度θ，用下式表示为：

式中，s为接头厚度，η₂为填充焊效率系数；

步骤二、根据步骤一确定的坡口，设计工艺参数；

按照激光功率、焊接电流、焊接速度、激光光束的工作角度及作用位置、焊枪工作角度、光丝间距、离焦量、保护气流量及成分以及焊丝直径的顺序调整工艺参数并进行焊接测试，直到获得合格的焊接结果。

本发明的有益效果：本发明在激光电弧复合焊工艺设计过程中应充分考虑焊接效率与工艺可靠性之间的平衡关系。通过总结归纳各参数对焊接过程的强弱耦合作用，将复杂的焊接参数进行排序，并结合试验结果，有针对性的对某些焊接参数按照顺序进行调整，从而快速获得初步工艺参数。改善了传统上需要进行大量的焊接试验探索初步参数的方法，改善工艺设计效率、节约人力、物力成本。

具体实施方式

本实施方式所述的V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法，工艺设计方法共分为两步：

步骤一、完成坡口设计，主要确定坡口钝边厚度与角度；

首先确定坡口钝边厚度t，根据设备能力、工艺可靠性要求确定，

t＝η₁kP

其中对于碳钢材料k＝1mm/kW，P为设备允许最大激光功率，η₁为打底焊效率系数。取值范围0.4～1，其中效率系数与工艺可靠性成反比。

确定钝边厚度t后，进一步确定坡口角度θ(参照下式，单位为°)。其与接头厚度s、填充焊效率系数η₂有关。η₂取值范围为0.5-1，其与工艺可靠性成反比。

至此，完成坡口钝边厚度t与角度θ的确定，坡口设计结束。

本实施方式中所述的设计方法，接头钝边厚度越大、坡口角度越小焊接填充量小、焊接效率高，但钝边增大后容易造成背部成形可靠性下降，在设计钝边厚度坡口时，考虑到实际生产中组配间隙、一致性的波动，为增加工艺可靠性，应采用较为保守的、折中的焊接效率。坡口角度对工艺稳定性的影响不显著，对于多层焊时，在填充过程中加入1kW以内的离焦激光可以起到稳定电弧作用，同时提高根部及侧壁融合能力。因此在设计坡口角度时，可以采用相比弧焊更小的坡口角度，例如25°-40°坡口，但越小的坡口角度要求设备的轨迹精度越高，需要根据实际情况酌情考虑。

根据待焊接头板厚范围进行分类，在设备能力一定的前提下，能够单道焊接完成的接头板厚作为分界点，用以区分单道焊与多层焊工艺。

对于单道焊坡口设计，应充分发挥激光电弧复合焊深熔特性，对于碳钢材料在可根据如下表格选择钝边厚度。对于某一条件下的钝边厚度范围，较小值时工艺窗口较大、可靠性相对较高；钝边选取较大值时，工艺窗口较窄，工艺适应性相对较差。在激光电弧复合焊工艺中，选取钝边厚度范围较小的值时，可以获得较高的焊接效率。坡口角度选取原则主要结合单道焊焊丝填充量设计，结合表1选取。表1为碳钢单道焊坡口钝边设计参考数据。

表1

对于多层焊坡口设计，打底焊钝边设计也可参照表1，但钝边厚度应尽量避免选择参考钝边厚度较大值；填充焊层的坡口形式可参照表2选择。表2为激光电弧复合焊坡口角度参考数据。

表2

步骤二、结合试验进行工艺参数设计；

根据激光电弧复合焊工艺特点，各参数对焊接过程及质量的影响程度不一、且互相耦合，在工艺参数设计过程中，为了减少试验次数、尽可能解耦各参数对焊接质量的影响及互相作用，根据其波动对焊接质量影响程度排定参数顺序，如下所示，越靠前的工艺参数对焊接过程影响越大，在工艺设计时，首选调整排在前面的工艺参数。当工艺窗口过小时，再逐级调整排在靠后的工艺参数。

具体为：

按照工艺参数排序为：1)激光功率，2)焊接电流，3)焊接速度，4)激光光束的工作角度及作用位置(激光倾角、激光工作角度)，5)焊枪工作角度(光丝夹角)，6)光丝间距，7)离焦量，8)保护气流量及成分以及9)焊丝直径的顺序调整工艺参数进行焊接试验测试。若仅调整当前序号的工艺参数无法实现可靠的焊接过程时，进一步调整下一序号的工艺参数，同时重新对其之前序号的工艺参数进行调整并进行试验验证，直到获得合格的焊接结果。

结合焊接试验结果，按照表3中的工艺试验结果反馈调整工艺参数，重复步骤二多次，直到得到合格的焊接试验结果，其工艺参数即为获得的初步工艺参数。表3为工艺试验结果与参数调整原则。

表3

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、完成坡口设计，确定坡口钝边厚度与角度；

首先确定坡口钝边厚度t，所述钝边厚度t用下式表示为：

t＝η₁kP

式中，k为碳钢材料，k＝1mm/kW，P为设备允许最大激光功率，η₁为打底焊效率系数，η₁的取值范围为0.4～1，η₁与工艺可靠性成反比；

确定坡口角度θ，用下式表示为：

式中，s为接头厚度，η₂为填充焊效率系数，η₂取值范围为0.5-1，η₂与工艺可靠性成反比；

步骤二、根据步骤一确定的坡口，设计工艺参数；

按照激光功率、焊接电流、焊接速度、激光光束的工作角度及作用位置、焊枪工作角度、光丝间距、离焦量、保护气流量及成分以及焊丝直径的顺序调整工艺参数并进行焊接测试，直到获得合格的焊接结果。

2.根据权利要求1所述的V型/Y型碳钢对接接头激光电弧复合焊工艺参数设计方法，其特征在于：步骤二中，在进行焊接测试过程中，若调整当前工艺参数无法实现可靠的焊接时，则进一步调整下一个工艺参数，在调整所述下一个工艺参数的同时，重新对所述当前工艺参数进行调整并进行验证，直到获得合格的焊接结果。