CN112775552B - 激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法 - Google Patents

激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法

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Abstract

激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法。空心钨极电弧通过改变钨极形状，来改变焊接电流密度分布和电弧压力形态，极大降低了电弧压力，保证了很好的焊缝成形，推进了钨极惰性气体保护焊向着高生产率的方向发展。然而当采用空心钨极时，TIG电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子流速明显降低，这导致了该热源焊丝熔化能力差，填充焊丝时焊接过程熔敷效率不高。本发明的组成包括：焊丝（1）、绝缘层（2）和空心钨极（3），所述空心钨极的内孔里固定有绝缘层，所述焊丝穿过所述绝缘层，所述绝缘层为陶瓷管。本发明用于激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接。

Description

激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法
技术领域
本发明涉及空心钨极电弧填丝焊接技术领域，具体涉及一种激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法。
背景技术
电弧焊是焊接生产中最早出现的焊接工艺，在汽车、军事、航空航天和高端装备制造等领域获得了广泛应用。钨极惰性气体保护焊（TIG）具有焊接工艺成熟、操作简单、适应性强、成本低等优势，但是这种焊接方法热输入量小，熔敷率低，焊接速度慢，无法满足生产中提高焊接生产效率的需要。提高焊接电流能够极大的提高焊接生产率，但是焊接电流的增大容易导致两方面问题：（1）TIG电弧压力陡然增加，而电弧压力对焊接质量的影响非常大，在电弧压力的作用下，极易形成熔穿、驼峰等异常焊接缺陷，因此减小焊接电弧压力的不良作用成为获得高质量焊接的关键；（2）焊接热输入明显增加，尤其对热输入敏感材料，热输入增加将导致焊缝组织和性能明显恶化，焊缝质量大打折扣。
与传统钨极惰性气体保护焊相比，空心钨极电弧通过改变钨极形状，来改变焊接电流密度分布和电弧压力形态，极大降低了电弧压力，保证了很好的焊缝成形，很大程度上推进了钨极惰性气体保护焊向着高生产率的方向发展。当采用空心钨极电弧同轴填丝焊接方法时，还克服了传统TIG旁轴填丝非对称的缺点，焊接质量不受焊接方向影响，提高了焊接过程稳定性，可方便地实现二维和三维复杂路径的焊接。然而当采用空心钨极时，TIG电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子流速明显降低，这导致了该热源焊丝熔化能力差，填充焊丝时焊接过程熔敷效率不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，解决空心钨极电弧填丝焊接时，焊丝熔化速度低，焊接熔敷效率低的问题。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，该方法包括：步骤一：焊接前，将待焊工件打磨或清理，并将打磨或清洗后的待焊工件固定；准备焊丝、绝缘层和空心钨极，所述空心钨极的内孔里固定有绝缘层，所述焊丝穿过所述绝缘层，所述绝缘层为陶瓷管，焊丝从空心钨极同轴填充至电弧，同时利用激光旁轴入射至焊丝表面，使得激光热源和空心钨极电弧联合加热焊丝；
该方法具体还包括如下步骤：
步骤二：调整焊丝与空心钨极轴心相对位置，使焊丝从空心钨极中心穿过，形成同轴填丝，调整激光旁轴入射角度和照射焊丝表面位置；
步骤三：设置空心钨极电弧参数及激光焊接参数；
步骤四：开启控制开关，空心钨极产生电弧，焊丝从空心钨极中心穿过送入电弧区域，同时旁轴入射激光至焊丝表面，焊丝被空心钨极电弧和激光联合加热熔化过渡至焊接熔池，对待焊工件进行焊接。
所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述焊丝直径不大于空心钨极中心孔，焊丝在空心钨极中心孔送进时，焊丝与钨极内壁之间由绝缘层保持绝缘。
所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述熔池的焊接加热方式为空心钨极电弧加热，激光热源作用于焊丝上，激光在焊丝上作用点处于空心钨极电弧区域内，激光与空心钨极电弧联合加热增加焊丝熔化速度。
所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光采用激光功率为10 ~ 6000 W，采用激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器，激光输出为连续激光或脉冲激光。
所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光的激光斑点直径不大于焊丝直径，所述焊丝直径为0.8 mm -2.4 mm。
所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光为双光束激光，双光束激光的激光功率配比连续可调，光束排布方式360度连续可调。
所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光为扫描激光，激光扫描路径包括“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形和正弦波形等，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向。
本发明的有益效果：
1.本发明采用的空心钨极电弧，与实心钨极电弧相比，空心钨极电弧压力呈平台状，且电弧压力减小，焊缝熔深浅，稀释率低，大电流情况下仍能获得良好的焊缝成形。
2.本发明采用的激光能量集中，加热面积小，作用于焊丝表面，激光能量利用率高，能够有效提高焊丝熔化速度，增加焊接过程熔敷效率。激光作用与焊丝表面，激光能量主要用于熔化焊丝，不直接作用与熔池内部，不增加母材热输入，焊接过程母材热输入低。激光熔化焊丝时，产生激光等离子体对空心钨极电弧有一定的稳定作用。
3.本发明采用的焊接方法与常规钨极电弧填丝焊相比，有效提升焊接速度和焊接熔敷效率。
附图说明
附图1是本发明的工作原理结构示意图；
图中：1、焊丝；2、绝缘层；3、空心钨极；4、电弧，5、激光。
具体实施方式
实施例1：
一种激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，该方法包括：准备焊丝1、绝缘层2和空心钨极3，步骤一：焊接前，将待焊工件打磨或清理，并将打磨或清洗后的待焊工件固定，采用低合金钢作为堆焊母材，尺寸为30mm×150mm×300mm，镍基合金ERNiCrFe-7作为填充焊丝，焊丝直径为1.2 mm。采用空心钨极外径为6 mm，内径为3 mm，将陶瓷管固定于钨极内孔，作为焊丝和空心钨极内壁绝缘层，陶瓷管外径为3 mm，内径为1.5 mm，焊接前，将低合金钢母材进行打磨或清理，并在打磨后固定；
所述空心钨极的内孔里固定有绝缘层，所述焊丝穿过所述绝缘层，所述绝缘层为陶瓷管，焊丝从空心钨极同轴填充至电弧，同时利用激光旁轴入射至焊丝表面，使得激光热源和空心钨极电弧联合加热焊丝；
该方法具体还包括如下步骤：
步骤二：调整焊丝与空心钨极轴心相对位置，使焊丝从空心钨极中心穿过，形成同轴填丝，调整激光旁轴入射角度和照射焊丝表面位置，调整空心钨极垂直于工件表面，钨极高度为5 mm，调整焊丝与空心钨极同轴心，焊丝从空心钨极穿过，调整激光入射角度，使激光照射到焊丝表面，且焊丝表面上激光斑点与钨极距离2 mm；
步骤三：设置空心钨极电弧4参数及激光5焊接参数，设置空心钨极电弧电流为350A，设置激光功率为300 W，设置焊接速度为300 mm/min，设置送丝速度为5 m/min；
步骤四：开启控制开关，空心钨极产生电弧，焊丝从空心钨极中心穿过送入电弧区域，同时旁轴入射激光至焊丝表面，焊丝被空心钨极电弧和激光联合加热熔化过渡至焊接熔池，对待焊工件进行焊接。
实施例2：
根据实施例1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述焊丝直径不大于空心钨极中心孔，焊丝在空心钨极中心孔送进时，焊丝与钨极内壁之间由绝缘层保持绝缘。
实施例3：
根据实施例1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述熔池的焊接加热方式为空心钨极电弧加热，激光热源作用于焊丝上，激光在焊丝上作用点处于空心钨极电弧区域内，激光与空心钨极电弧联合加热增加焊丝熔化速度。
实施例4：
根据实施例1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光采用激光功率为10 ~ 6000 W，采用激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器，激光输出为连续激光或脉冲激光。
实施例5：
根据实施例1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光的激光斑点直径不大于焊丝直径，所述焊丝直径为0.8 mm -2.4 mm。
实施例6：
根据实施例1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光为双光束激光，双光束激光的激光功率配比连续可调，光束排布方式360度连续可调。
实施例7：
根据实施例1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，所述激光为扫描激光，激光扫描路径包括“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形和正弦波形等，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向。

Claims (7)

1.一种激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，该方法包括：
步骤一：焊接前，将待焊工件打磨或清理，并将打磨或清洗后的待焊工件固定；准备，焊丝、绝缘层和空心钨极，其特征是：所述空心钨极的内孔里固定有绝缘层，所述焊丝穿过所述绝缘层，所述绝缘层为陶瓷管，焊丝从空心钨极同轴填充至电弧，同时利用激光旁轴入射至焊丝表面，使得激光热源和空心钨极电弧联合加热焊丝；
该方法具体还包括如下步骤：
步骤二：调整焊丝与空心钨极轴心相对位置，使焊丝从空心钨极中心穿过，形成同轴填丝，调整激光旁轴入射角度和照射焊丝表面位置；所述激光的激光斑点直径不大于焊丝直径，以避免激光能量作用于熔池内部或增加母材热输入；激光熔化焊丝时，产生激光等离子体用于提高空心钨极电弧稳定性；
步骤三：设置空心钨极电弧参数及激光焊接参数；
步骤四：开启控制开关，空心钨极产生电弧，焊丝从空心钨极中心穿过送入电弧区域，同时旁轴入射激光至焊丝表面，焊丝被空心钨极电弧和激光联合加热熔化过渡至焊接熔池，对待焊工件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，其特征是：所述焊丝直径不大于空心钨极中心孔，焊丝在空心钨极中心孔送进时，焊丝与钨极内壁之间由绝缘层保持绝缘。
3.根据权利要求1或2所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，其特征是：所述熔池的焊接加热方式为空心钨极电弧加热，激光热源作用于焊丝上，激光在焊丝上作用点处于空心钨极电弧区域内，激光与空心钨极电弧联合加热增加焊丝熔化速度。
4.根据权利要求1或2所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，其特征是：所述激光采用激光功率为10~6000W，采用激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器，激光输出为连续激光或脉冲激光。
5.根据权利要求1或2所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，其特征是：所述焊丝直径为0.8mm-2.4mm。
6.根据权利要求1或2所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，其特征是：所述激光为双光束激光，双光束激光的激光功率配比连续可调，光束排布方式360度连续可调。
7.根据权利要求1或2所述的激光辅助熔丝空心钨极氩弧同轴填丝焊接方法，其特征是：所述激光为扫描激光，激光扫描路径包括“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形和正弦波形，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向。
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