CN113427131A - 激光-gma电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法 - Google Patents

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Abstract

激光‑GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法。现有焊丝采用脉冲GMA电弧时，峰值电流时电弧功率较大，对焊丝加热，使焊丝尚未插入熔池便产生了熔化形成大颗粒熔滴掉落熔池，导致焊接过程不稳定和焊缝成形不良。本发明方法包括如下步骤：将激光束（2）与GMA电弧（4）按照旁轴复合的方式进行复合，并额外填充一根附加填充焊丝（5）至复合焊熔池，消耗熔池的富余热量来熔化填充焊丝；GMA电弧采用脉冲模式，弧焊电源与附加填充焊丝送丝系统之间实现通讯，并同步协同控制，附加填充焊丝采用脉动送丝方式，其脉动送丝波形（9）与GMA电弧波形相位相差180º，在GMA电弧处于基值电流时，附加填充焊丝以Vf送进。本发明用于激光‑GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法。

Description

激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法。
背景技术
激光-GMA（GMA是熔化极气体保护焊电弧的简称，包括MIG和MAG电弧）电弧复合焊接技术是一种高效优质的先进焊接技术，与传统熔化极气体保护焊（MAG/MIG）相比，具有焊接速度快、焊接热输入低、焊接变形小、焊缝熔深大、易于实现单面焊双面成形、细化接头组织、提高接头性能等技术优点，特别是该焊接方法可在高速焊接条件下实现电弧高稳定焊接的特性使得该焊接方法在中薄板的焊接中具有显著的技术优势；利用该工艺方法进行工件焊接时，为了有效地控制焊接变形，应当充分利用该工艺方法高速焊接的特点，尽可能提高焊接速度，但是在高速焊接条件下为了提高熔敷效率，一般会增大GMA电弧的功率以获得更大的焊丝熔敷量，然而这种通过增大GMA电弧功率来提高熔敷金属量的方法往往会使得熔池金属过热，严重影响焊缝成形，甚至造成焊缝的塌陷、咬边等缺陷，同时造成接头性能和组织的损伤，针对上述问题，发明专利ZL201410092005.1提出了一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊接方法，该方法在不增大GMA电弧功率的前提下，充分利用了复合热源焊接方法热源能量集中、热效率高、熔池温度高的固有特点，通过额外填充焊丝并利用焊接过程的富余热量来实现焊丝的熔化，大幅提高焊接过程的焊丝熔敷效率；该方法与传统激光-GMA电弧复合热源焊接方法相比，在相同焊接速度下，熔敷金属效率可提高50%-100%，但焊接热输入能量并没有显著增加，是一种优质高效焊接新工艺，附加填充焊丝的送进方式和可靠稳定性是该焊接方法的关键，为确保焊接过程稳定性，附加填充焊丝应当插入焊接熔池，靠焊接熔池的富裕热量来熔化焊丝；根据发明专利ZL201410092005.1，附加填充焊丝可以从两热源的前方、中间、后方三个位置送入焊接熔池，但是从两热源中间位置或靠近GMA电弧一侧送入熔池时，由于电弧的作用区间较大，尤其是采用脉冲GMA电弧时，脉冲电弧在峰值电流时电弧功率较大，对附加填充焊丝进行了加热，容易使得焊丝尚未插入熔池便产生了熔化并形成大颗粒熔滴掉落熔池的现象，导致焊接过程不稳定和焊缝成形不良问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，该方法在激光-GMA电弧复合热源焊接的高速焊接条件下，通过与脉冲GMA电弧波形相位相差180º的脉动送丝方式实现附加填充焊丝的送丝，提高附加焊丝填充的稳定性。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，该方法包括如下步骤：
首先是将激光束（2）与GMA电弧（4）按照旁轴复合的方式进行复合，并额外填充一根附加填充焊丝（5）至复合焊熔池，消耗熔池的富余热量来熔化填充焊丝；
所述的GMA电弧采用脉冲模式，弧焊电源与附加填充焊丝送丝系统之间实现通讯，并同步协同控制，所述的附加填充焊丝采用脉动送丝方式，其脉动送丝波形（9）与所述的GMA电弧波形相位相差180º，在所述的GMA电弧处于基值电流时，所述的附加填充焊丝以Vf送进；在所述的GMA电弧的基值电流结束时，所述的附加填充焊丝停止送丝，直至所述的GMA电弧由峰值电流降至基值电流时附加填充焊丝再继续以Vf送进，以此循环。
所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，所述的附加填充焊丝的耐高温送丝嘴（7）距熔池表面距离5mm-10mm，所述的附加填充焊丝的耐高温送丝嘴采用陶瓷或钨制造，所述的耐高温送丝嘴孔内通氩气冷却，可送焊丝直径Φ0.8mm-1.6mm。
所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，所述的附加填充焊丝在垂直于焊接方向上可以沿一定频率和摆幅进行摆动，摆动频率在0～100 HZ，摆幅在0-5 mm，摆动频率和摆幅需要通过工艺试验来实现与焊接速度、送丝速度、激光功率、电弧功率等参数合理匹配，当填充焊丝的送丝速度相对较小时，焊丝可以不摆动，即摆动频率、摆幅均为0。
有益效果：
1.本发明是一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，该方法克服了现有技术焊接过程不稳定和焊缝成形不良的问题，在激光-GMA电弧复合热源焊接的高速焊接条件下，通过与脉冲GMA电弧波形相位相差180º的脉动送丝方式实现附加填充焊丝的送丝，有效提高了附加焊丝填充的稳定性，保证了焊缝质量。
本发明的方法突出优点在于：（1）附加填充焊丝的送丝采用脉动送丝方式，送丝速度波形与脉冲电弧波形相匹配，确保附加填充焊丝在脉冲基值电流时填充至熔池，解决了因GMA电弧对附加填充焊丝加热导致大颗粒熔滴过渡问题；
（2）附加填充焊丝的填充过程更加可靠，焊接过程更加稳定，焊缝成形的均匀一致性更好；
（3）与传统激光-GMA电弧复合焊相比，采用该方法的脉动送丝方法获得的激光-GMA电弧复合热源填丝焊缝的熔敷金属效率提高0.5-1倍。
附图说明：
附图1是本发明的焊接方法示意图之一。
附图2是本发明的焊接方法示意图之二。
其中：1、待焊接工件，2、激光束，3、GMA焊枪，4、GMA电弧，5、附加填充焊丝，6、焊缝，7、耐高温送丝嘴，8、焊接电流波形，9、附加焊丝脉动送丝波形。（其中附图1中的箭头表示焊接方向）。
具体实施方式：
实施例1：
一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，该方法包括如下步骤：
首先是将激光束（2）与GMA电弧（4）按照旁轴复合的方式进行复合，并额外填充一根附加填充焊丝（5）至复合焊熔池，消耗熔池的富余热量来熔化填充焊丝；
所述的GMA电弧采用脉冲模式，弧焊电源与附加填充焊丝送丝系统之间实现通讯，并同步协同控制，所述的附加填充焊丝采用脉动送丝方式，其脉动送丝波形（9）与所述的GMA电弧波形相位相差180º，在所述的GMA电弧处于基值电流时，所述的附加填充焊丝以Vf送进；在所述的GMA电弧的基值电流结束时，所述的附加填充焊丝停止送丝，直至所述的GMA电弧由峰值电流降至基值电流时附加填充焊丝再继续以Vf送进，以此循环。
实施例2：
根据实施例1所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，所述的附加填充焊丝的耐高温送丝嘴（7）距熔池表面距离5mm-10mm，所述的附加填充焊丝的耐高温送丝嘴采用陶瓷或钨制造，所述的耐高温送丝嘴孔内通氩气冷却，可送焊丝直径Φ0.8mm-1.6mm。
实施例3：
根据实施例2所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，所述的附加填充焊丝在垂直于焊接方向上可以沿一定频率和摆幅进行摆动，摆动频率在0～100 HZ，摆幅在0-5 mm，摆动频率和摆幅需要通过工艺试验来实现与焊接速度、送丝速度、激光功率、电弧功率等参数合理匹配，当填充焊丝的送丝速度相对较小时，焊丝可以不摆动，即摆动频率、摆幅均为0。
所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，具体操作如下：
（1）6005A铝合金型材实施案例
利用上述专利方法进行了6005A铝合金型材的激光-MIG电弧复合热源填丝焊接试验，并将脉动送丝和非脉动送丝两种焊缝成形结果作对比，试验母材为6005A铝合金型材，型材状态为T6状态，型材规格为1000×500×120 mm，焊接区域的板厚为4 mm，接头形式为对接接头，开设30°坡口，所用焊丝为直径Φ1.2 mm的ER5087铝合金焊丝，焊接过程采用脉冲MIG电弧，复合时激光在前，电弧在后，激光和电弧的热源间距5mm，附加填充焊丝从两热源中间送进；实施过程中采用的焊接参数：焊接速度3.6 m/min，激光功率4500W，焊接平均电流205A；采用非脉动送丝方式的焊丝送丝速度5.0 m/min，焊丝摆动频率5 HZ，摆幅2 mm；采用脉动送丝方式时，焊丝峰值送丝速度为10.0 m/min，基值送丝速度为0，焊丝摆动频率5HZ，摆幅2 mm，所用激光器为光纤激光器，保护气体为工业纯氩，保护气体流量20 L/min，焊后对比分析两种焊缝的焊缝形成，其中采用脉动送丝方式填充焊丝获得的焊缝成形更加均匀，而采用非脉动送丝方式填充焊丝获得的焊缝成形偶尔会有焊缝成形不均匀现象，这主要是因为焊丝送进过程中电弧熔化焊丝形成大颗粒熔滴过渡所致；
（2）Q235钢对接试验实施案例
利用上述专利所述的脉动送丝方法进行了Q235钢激光-MAG复合热源填丝对接焊试验；试验母材为Q235低碳钢，试板规格为450×120×8 mm，坡口角度30º，钝边4mm，所用焊丝为直径Φ1.2 mm的ER50-6气保焊焊丝，焊接过程采用脉冲MAG电弧，复合时电弧在前，激光在后，光丝间距6mm，所用激光器为光纤激光器，保护气体为80%Ar+20%CO2，保护气体流量20 L/min，焊接参数：焊接速度1.2 m/min，激光功率P=6800W，焊接电流200A，焊丝峰值送丝速度为7.0 m/min，基值送丝速度为0，焊丝摆动频率5 HZ，摆幅3mm，焊后获得的激光-MAG复合热源填丝焊缝具有良好的焊缝成形，焊缝成形均匀。

Claims (3)

1.一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
首先是将激光束（2）与GMA电弧（4）按照旁轴复合的方式进行复合，并额外填充一根附加填充焊丝（5）至复合焊熔池，消耗熔池的富余热量来熔化填充焊丝；
所述的GMA电弧采用脉冲模式，弧焊电源与附加填充焊丝送丝系统之间实现通讯，并同步协同控制，所述的附加填充焊丝采用脉动送丝方式，其脉动送丝波形（9）与所述的GMA电弧波形相位相差180º，在所述的GMA电弧处于基值电流时，所述的附加填充焊丝以Vf送进；在所述的GMA电弧的基值电流结束时，所述的附加填充焊丝停止送丝，直至所述的GMA电弧由峰值电流降至基值电流时附加填充焊丝再继续以Vf送进，以此循环。
2.根据权利要求1所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，其特征是：所述的附加填充焊丝的耐高温送丝嘴（7）距熔池表面距离5mm-10mm，所述的附加填充焊丝的耐高温送丝嘴采用陶瓷或钨制造，所述的耐高温送丝嘴孔内通氩气冷却，可送焊丝直径Φ0.8mm-1.6mm。
3.根据权利要求2所述的激光-GMA电弧复合热源填丝焊脉动送丝方法，其特征是：所述的附加填充焊丝在垂直于焊接方向上可以沿一定频率和摆幅进行摆动，摆动频率在0～100HZ，摆幅在0-5 mm，摆动频率和摆幅需要通过工艺试验来实现与焊接速度、送丝速度、激光功率、电弧功率等参数合理匹配，当填充焊丝的送丝速度相对较小时，焊丝可以不摆动，即摆动频率、摆幅均为0。
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