CN114799527B - 一种薄板激光电弧复合高速立焊方法及装置 - Google Patents

一种薄板激光电弧复合高速立焊方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄板激光电弧复合高速立焊方法及装置，并具体公开了，S1、去除工件表面的杂质，将两工件固定在工作台上；S2、在焊接侧沿焊接方向依次布置MIG焊枪、小能量激光头、TIG焊枪和大能量激光头；大能量激光头用于发射大能量激光束，小能量激光头用于发射小能量激光束；S3、在大能量激光头、TIG焊枪、小能量激光头和MIG焊枪上安装摆动装置；S4、布置喷气装置，在焊接过程中喷气装置始终向焊接处喷射保护气；S5、开启MIG电源、TIG电源、摆动装置和喷气装置，并使大能量激光头发射大能量激光束，使小能量激光头发射小能量激光束，由下往上对工件进行焊接。使用本申请可以得到性能良好的焊缝成型。

Description

一种薄板激光电弧复合高速立焊方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种薄板激光电弧复合高速立焊方法及装置。
背景技术
与传统的电弧焊接相比，激光焊具有能量密度高、热输入量小、焊接变形小、能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝、冷却速度快、焊接接头性能良好等优点。
但是由于激光立向上焊时焊接方向与重力相反，匙孔所受静水压力较小，匙孔易于长大，匙孔空腔所需的液态金属得不到有效补充，烧穿倾向增加，且随着激光的移动以及熔池凝固，新的熔池和小孔形成，小孔扩大-烧穿-新的小孔形成的过程交替出现，因此烧穿成为立向上焊缝的周期性缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，包括：
S1、去除工件表面的杂质，将两所述工件固定在工作台上；
S2、在焊接侧沿焊接方向依次布置MIG焊枪、小能量激光头、TIG焊枪和大能量激光头；所述大能量激光头用于发射大能量激光束，所述小能量激光头用于发射小能量激光束；
S3、在大能量激光头、TIG焊枪、小能量激光头和MIG焊枪上安装摆动装置，在焊接时带动大能量激光头、TIG焊枪、小能量激光头和MIG焊枪同步摆动；
S4、布置喷气装置，在焊接过程中所述喷气装置始终向焊接处喷射保护气；
S5、开启MIG电源、TIG电源、所述摆动装置和所述喷气装置，并使所述大能量激光头发射所述大能量激光束，使所述小能量激光头发射所述小能量激光束，由下往上对所述工件进行焊接。
优选的，S1中，两所述工件预留0-0.5mm的间隙。
优选的，S2中，所述小能量激光束的功率为100-2000W，所述大能量激光束的功率为2000-10000W，所述小能量激光束与所述大能量激光束的热源距离为0.6-5mm，所述小能量激光束与所述MIG焊枪的热源间距为0.1-2mm，所述小能量激光束与所述TIG焊枪的热源间距为0.1-2mm，所述大能量激光束与所述TIG焊枪的热源间距为0.1-3mm。
优选的，S4中，所述喷气装置与所述大能量激光束同轴设置，所述喷气装置喷射的所述保护气为氩气或氦气，所述喷气装置喷射所述保护气的流量为5-100L/min。
优选的，S5中，对所述工件的焊接速度为2-10m/min。
优选的，S5中，所述摆动装置的摆动方向垂直于所述焊接方向，所述摆动装置的最大摆动速度为1000mm/s，所述摆动装置的最大摆动频率为80Hz。
一种薄板激光电弧复合高速立焊装置，用于上述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，包括：
MIG焊接系统，所述MIG焊接系统包括MIG焊枪和MIG电源，所述MIG电源与所述MIG焊枪电性连接；
TIG焊接系统，所述TIG焊接系统包括TIG焊枪和TIG电源，所述TIG电源与所述TIG焊枪电性连接；
激光器，所述激光器包括大能量激光头和小能量激光头；
摆动装置，所述MIG焊枪、所述TIG焊枪、所述大能量激光头和所述小能量激光头均与所述摆动装置固接；
喷气装置，所述喷气装置与所述大能量激光头发射的大能量激光束同轴设置。
优选的，所述激光器、所述TIG焊枪和所述MIG焊枪电弧电流的输出类型为连续输出或脉冲输出。
优选的，所述激光器为Nd：YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器。
本发明公开了以下技术效果：
1.使用本发明的方法进行焊接时，沿焊接方向，MIG焊枪在前，小能量激光束在MIG焊枪之后，TIG焊枪在小能量激光束之后，大能量激光束在TIG焊枪之后，由于MIG焊枪提供液态金属由熔池边缘的匙孔前方进入熔池，可解决激光立向上焊时因焊接方向与重力相反，匙孔所受静水压力较小，匙孔易于长大，匙孔空腔所需的液态金属得不到有效补充，导致烧穿倾向增加的问题。
2.本发明通过增强激光吸引压缩电弧特性，且增大MIG电弧挺度以提高熔滴过渡的稳定性及熔滴过渡效率，可在保证焊接稳定性的情况下进行高速焊接，进而通过高速焊接降低薄板的焊接变形，提高熔池、匙孔的稳定性。
3.本发明通过小能量激光束与MIG电弧、TIG电弧复合作用可很大程度上提高作用于焊接工件的能量利用率，提高焊缝质量。
4.本发明通过摆动装置带动MIG焊枪、TIG焊枪、小能量激光束以及大能量激光束同步摆动，可有效消除侧壁未熔合缺陷，对熔池进行充分搅拌，提高焊接稳定性。
5.本发明通过设置喷气装置，可有效降低焊接熔池中的液态金属受重力影响产生向下流淌而引起的焊缝缺陷的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种薄板激光电弧复合高速立焊方法及装置的结构示意图；
图2为薄板单束激光立焊焊缝纵截面成型示意图；
图3为使用本发明的焊缝纵截面成型示意图；
其中，1、工件；2、MIG焊枪；3、MIG电源；4、小能量激光束；5、大能量激光束；6、喷气装置；7、保护气；8、焊缝；9、熔池；10、TIG电源；11、TIG焊枪。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，本发明提供一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，包括：
S1、去除工件1表面的杂质，将两工件1固定在工作台上；
S2、在焊接侧沿焊接方向依次布置MIG焊枪2、小能量激光头、TIG焊枪11和大能量激光头；大能量激光头用于发射大能量激光束5，小能量激光头用于发射小能量激光束4；
沿焊接方向，MIG焊枪2在前，小能量激光束4在MIG焊枪2之后，TIG焊枪11在小能量激光束4之后，大能量激光束5在TIG焊枪11之后，在焊接过程中由于MIG焊枪2提供液态金属由熔池9边缘的匙孔前方进入熔池9，可解决激光立向上焊时因焊接方向与重力相反，匙孔所受静水压力较小，匙孔易于长大，匙孔空腔所需的液态金属得不到有效补充，导致烧穿焊缝8的问题。
S3、在大能量激光头、TIG焊枪11、小能量激光头和MIG焊枪2上安装摆动装置，在焊接时带动大能量激光头、TIG焊枪11、小能量激光头和MIG焊枪2同步摆动；
S4、布置喷气装置6，在焊接过程中喷气装置6始终向焊接处喷射保护气7；
S5、开启MIG电源3、TIG电源10、摆动装置和喷气装置6，并使大能量激光头发射大能量激光束5，使小能量激光头发射小能量激光束4，由下往上对工件1进行焊接。
通过小能量激光束4与MIG焊枪2焊接时的电弧、TIG焊枪11焊接时的电弧复合作用可很大程度上提高作用于工件1的能量利用率，提高焊缝8质量。
进一步的，MIG焊枪2的电流为100-500A，TIG焊枪11的电流为100-500A。
进一步的，S1中，两工件1预留0-0.5mm的间隙。
两工件1之间预留0-0.5mm的间隙可使MIG焊的焊丝熔化的液态金属预先填充焊缝8，防止激光束从间隙中漏出，提高了能量利用率和焊接效率。
进一步的，S2中，小能量激光束4的功率为100-2000W，大能量激光束5的功率为2000-10000W，小能量激光束4与大能量激光束5的热源距离为0.6-5mm，小能量激光束4与MIG焊枪2的热源间距为0.1-2mm，小能量激光束4与TIG焊枪11的热源间距为0.1-2mm，大能量激光束5与TIG焊枪11的热源间距为0.1-3mm。
小能量激光束4与MIG焊枪2的焊丝距离较近，这样不但增强激光吸引压缩电弧特性，而且增大MIG焊枪2电弧挺度，进而提高了熔滴过渡的稳定性及熔滴过渡效率，可在保证焊接稳定性的情况下进行高速焊接。
进一步的，S4中，喷气装置6与大能量激光束5同轴设置，喷气装置6喷射的保护气7为氩气或氦气，喷气装置6喷射保护气7的流量为5-100L/min。
进一步的，喷气装置6能够调节喷射气体的流量和喷射方向。
通过与大能量激光束5同轴布置喷气装置6，可有效降低熔池9中的液态金属受重力影响产生向下流淌而引起的焊缝8缺陷的问题。
进一步的，S5中，对工件1的焊接速度为2-10m/min。
本发明通过高速焊接可降低薄板的焊接变形，提高熔池9、匙孔的稳定性。
进一步的，S5中，摆动装置的摆动方向垂直于焊接方向，摆动装置的最大摆动速度为1000mm/s，摆动装置的最大摆动频率为80Hz。
通过摆动装置带动MIG焊枪2、TIG焊枪11、小能量激光束4以及大能量激光束5同步摆动，且摆动方向垂直于焊接方向，这样可有效消除侧壁未熔合缺陷，对熔池9进行充分搅拌，提高焊接稳定性。
一种薄板激光电弧复合高速立焊装置，用于上述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，包括：
MIG焊接系统，MIG焊接系统包括MIG焊枪2和MIG电源3，MIG电源3与MIG焊枪2电性连接；
TIG焊接系统，TIG焊接系统包括TIG焊枪11和TIG电源10，TIG电源10与TIG焊枪11电性连接；
激光器，激光器包括大能量激光头和小能量激光头；
摆动装置，MIG焊枪2、TIG焊枪11、大能量激光头和小能量激光头均与摆动装置固接；
喷气装置6，喷气装置6与大能量激光头发射的大能量激光束5同轴设置。
进一步的，激光器、TIG焊枪11和MIG焊枪2电弧电流的输出类型为连续输出或脉冲输出。
进一步的，激光器为Nd：YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器。
由图2可知，薄板单束激光立焊焊缝纵截面出现了烧穿缺陷，而且焊缝纵截面有气孔缺陷、焊缝表面交粗糙，这是因为激光立向上焊时因焊接方向与重力相反，匙孔所受静水压力较小，匙孔易于长大，匙孔空腔所需的液态金属得不到有效补充，导致烧穿倾向增加的问题，当匙孔稳定性变差后则生成焊接气泡，最终演变成焊缝的气孔确定。
由图3可知，使用本申请的薄板激光电弧复合高速立焊方法的焊缝8纵截面成型良好，这是因为在焊接过程中，沿焊接方向，MIG焊枪2在前，小能量激光束4在MIG焊枪2之后，TIG焊枪11在小能量激光束4之后，大能量激光束5在TIG焊枪11之后，由于MIG焊枪2提供液态金属由熔池9边缘的匙孔前方进入熔池9，可避免烧穿缺陷的产生；小能量激光束4与MIG焊枪2的焊丝距离较近，增强了激光吸引压缩电弧特性，而且增大了MIG焊枪2在焊接时电弧挺度，进而提高了熔滴过渡的稳定性及熔滴过渡效率，可在保证焊接稳定性的情况下进行高速焊接，喷气装置6喷出的惰性气体可对熔化的区域进行保护；通过高速焊接可降低薄板的焊接变形，提高熔池9、匙孔的稳定性；通过MIG焊枪2、小能量激光束4、TIG焊枪11以及大能量激光束5的同步摆动，摆动方向垂直于焊接方向，这样可有效消除侧壁未熔合缺陷，对熔池9进行充分搅拌，提高焊接稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于，包括：
S1、去除工件(1)表面的杂质，将两所述工件(1)固定在工作台上；
S2、在焊接侧沿焊接方向依次布置MIG焊枪(2)、小能量激光头、TIG焊枪(11)和大能量激光头；所述大能量激光头用于发射大能量激光束(5)，所述小能量激光头用于发射小能量激光束(4)；
S3、在大能量激光头、TIG焊枪(11)、小能量激光头和MIG焊枪(2)上安装摆动装置，在焊接时带动大能量激光头、TIG焊枪(11)、小能量激光头和MIG焊枪(2)同步摆动；
S4、布置喷气装置(6)，在焊接过程中所述喷气装置(6)始终向焊接处喷射保护气(7)；
S5、开启MIG电源(3)、TIG电源(10)、所述摆动装置和所述喷气装置(6)，并使所述大能量激光头发射所述大能量激光束(5)，使所述小能量激光头发射所述小能量激光束(4)，由下往上对所述工件(1)进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于：S1中，两所述工件(1)预留0-0.5mm的间隙。
3.根据权利要求1所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于：S2中，所述小能量激光束(4)的功率为100-2000W，所述大能量激光束(5)的功率为2000-10000W，所述小能量激光束(4)与所述大能量激光束(5)的热源距离为0.6-5mm，所述小能量激光束(4)与所述MIG焊枪(2)的热源间距为0.1-2mm，所述小能量激光束(4)与所述TIG焊枪(11)的热源间距为0.1-2mm，所述大能量激光束(5)与所述TIG焊枪(11)的热源间距为0.1-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于：S4中，所述喷气装置(6)与所述大能量激光束(5)同轴设置，所述喷气装置(6)喷射的所述保护气(7)为氩气或氦气，所述喷气装置(6)喷射所述保护气(7)的流量为5-100L/min。
5.根据权利要求1所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于：S5中，对所述工件(1)的焊接速度为2-10m/min。
6.根据权利要求1所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于：S5中，所述摆动装置的摆动方向垂直于所述焊接方向，所述摆动装置的最大摆动速度为1000mm/s，所述摆动装置的最大摆动频率为80Hz。
7.一种薄板激光电弧复合高速立焊装置，用于权利要求1-6任一项所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊方法，其特征在于，包括：
MIG焊接系统，所述MIG焊接系统包括MIG焊枪(2)和MIG电源(3)，所述MIG电源(3)与所述MIG焊枪(2)电性连接；
TIG焊接系统，所述TIG焊接系统包括TIG焊枪(11)和TIG电源(10)，所述TIG电源(10)与所述TIG焊枪(11)电性连接；
激光器，所述激光器包括大能量激光头和小能量激光头；
摆动装置，所述MIG焊枪(2)、所述TIG焊枪(11)、所述大能量激光头和所述小能量激光头均与所述摆动装置固接；
喷气装置(6)，所述喷气装置(6)与所述大能量激光头发射的大能量激光束(5)同轴设置。
8.根据权利要求7所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊装置，其特征在于：所述激光器、所述TIG焊枪(11)和所述MIG焊枪(2)电弧电流的输出类型为连续输出或脉冲输出。
9.根据权利要求7所述的一种薄板激光电弧复合高速立焊装置，其特征在于：所述激光器为Nd：YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器。
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