CN115008016B - 一种电流辅助激光电弧复合焊接l型对接板的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法及装置，L型对接板包括相互垂直的端板和侧板，方法包括如下步骤：S1、设置激光器、焊枪和两个滚动电极，激光器和一个滚动电极设置在L型对接板对接处上方，且在焊接方向上滚动电极位于激光器前方，焊枪和另一个滚动电极设置在L型对接板对接处下方，且在焊接方向上滚动电极位于焊枪前方；S2、启动激光器、滚动电极和焊枪，激光器、滚动电极和焊枪沿焊接方向同步移动，从而对L型对接板对接处进行焊接。本发明提供的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法及装置，实现L型对接板对接接头的熔透，通过滚动电极预热L型对接板，降低L型对接板对激光能量的反射，提高激光和电弧的能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及复合焊接技术领域，具体为一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法及装置。
背景技术
激光焊接具有焊接效率高，工件变形小等优点，因此激光焊接技术在对接接头的焊接中得到了广泛应用。激光焊接对接接头时，由于其匙孔特性导致在焊接过程中还可能生成工艺类气孔，由于其冷却速度较快，熔池范围小，气泡难以溢出。
公开号为CN107234340A的中国专利，一种动力电池模组用侧板与端板的对接焊方法，公开了采用激光焊接装置对对接在一起的侧板与端板实施对接焊的方法，其中，该对接焊的焊接轨迹中加入有螺旋线，能够大大降低焊缝中的气孔率，提升焊接质量。但是此种方法在焊接方向上焊接工件会反射激光能量，从而使激光能量利用率降低。而且，要实现侧板与端板对接熔透焊，就需要增加激光能量，但是会导致焊接接头的粗晶区较宽，力学性能变差，而且侧板与端板对接接头下部熔透后，熔池会受重力影响从而凝固形成凸起，进而引起应力集中。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法及装置，实现L型对接板对接接头的熔透，通过滚动电极预热L型对接板，降低L型对接板对激光能量的反射，提高激光和电弧的能量利用率，避免出现为熔透焊缝而增加激光/电弧能量导致的较大热输入量带来的对接接头的粗晶区较宽、力学性能变差、焊缝气孔率较小等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，L型对接板包括相互垂直的端板和侧板，方法包括如下步骤：
S1、设置激光器、焊枪和两个滚动电极，激光器和其中一个滚动电极设置在L型对接板对接处上方，且在焊接方向上滚动电极位于激光器前方，焊枪和另一个滚动电极设置在L型对接板对接处下方，且在焊接方向上滚动电极位于焊枪前方；
S2、启动激光器、滚动电极和焊枪，激光器、滚动电极和焊枪沿焊接方向同步移动，从而对L型对接板对接处进行焊接。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法的进一步优化：S1的具体方法为：
S101、将激光器和其中一个滚动电极设置在L型对接板对接处上方，并调整激光器光斑的位置；
S102、将L型对接板和两个滚动电极与辅助电流电源电性连接；
S103、调整激光器和位于L型对接板对接处上方的滚动电极的距离；
S104、将焊枪和另一个滚动电极设置在L型对接板对接处下方，焊枪与激光器相对设置，两个滚动电极相对设置。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法的进一步优化：S2还包括：激光器连接有振动系统，振动系统驱动激光器沿垂直于焊接方向的方向振动。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法的进一步优化：S2的具体方法为：
S201、启动辅助电流电源，通过滚动电极对L型对接板对接处上部和下部预热；
S202、启动激光器，对L型对接板对接处上部进行焊接；
S203、向L型对接板对接处释放保护气；
S204、启动焊枪，对L型对接板对接处下部进行焊接。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法的进一步优化：S201还包括：向滚动电极施加压力，使滚动电极贴合在L型对接板对接处。
一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，基于上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，装置包括所述激光器、所述焊枪和两个所述滚动电极，激光器和其中一个滚动电极位于所述L型对接板对接处的上方，焊枪和另一个滚动电极位于L型对接板对接处的下方，焊枪电性连接有电源，两个滚动电极共同电性连接有电力控制系统。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置的进一步优化：所述装置还包括保护气喷嘴，保护气喷嘴朝向所述L型对接板对接处的下方，所述焊枪穿过保护气喷嘴。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置的进一步优化：所述激光器连接有振动系统。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置的进一步优化：所述滚动电极与所述电力控制系统之间连接有用于支撑滚动电极的电极臂。
作为上述一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置的进一步优化：所述电力控制系统包括辅助电流电源和电极压力控制模块，辅助电流电源与所述L型对接板、所述电极臂均电性连接，电极压力控制模块与所述滚动电极电性连接。
有益效果是：通过滚动电极对L型对接板的预先加热作用，降低L型对接板对激光能量的反射，通过电阻能量、激光能量、电弧能量耦合加热作用，极大提高激光和电弧的能量利用率、改善焊接质量，避免为熔透焊缝而增加激光/电弧能量导致的较大热输入量带来的焊接接头的粗晶区较宽、力学性能变差的问题。通过激光器垂直方向的振动增大激光焊接熔深，提高激光吸引电弧特性，加速焊接熔池的流动，提高焊缝的熔透效率。保护气喷嘴在焊接过程中喷出保护气对焊接熔池起到托举作用，防止焊接熔池在侧板与端板对接处形成凸起引起应力集中。
附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图；
图2是激光焊接L型对接板的焊缝横截面示意图；
图3是增大激光功率后的激光焊接L型对接板的焊缝横截面示意图；
图4是采用与图2焊接参数相同的激光电弧复合焊接L型对接板的焊缝横截面示意图；
图5是采用与图2焊接参数相同的本发明的方法焊接L型对接板的焊缝横截面示意图。
附图说明：1、激光器，2、电极臂，3、滚动电极，4、侧板，5、保护气，6、焊枪，7、保护气喷嘴，8、电源，9、电力控制系统，10、端板，11、焊缝。
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。
请参阅图1至图5，一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，L型对接板包括相互垂直的端板10和侧板4，方法包括如下步骤：
S1、设置激光器1、焊枪6和两个滚动电极3，激光器1和其中一个滚动电极3设置在L型对接板对接处上方，且在焊接方向上滚动电极3位于激光器1前方，焊枪6和另一个滚动电极3设置在L型对接板对接处下方，且在焊接方向上滚动电极3位于焊枪6前方。
S1的具体方法为：
S101、将激光器1和其中一个滚动电极3设置在L型对接板对接处上方，并调整激光器1光斑的位置；
S102、将L型对接板和两个滚动电极3与辅助电流电源电性连接；
S103、调整激光器1和位于L型对接板对接处上方的滚动电极3的距离；
S104、将焊枪6和另一个滚动电极3设置在L型对接板对接处下方，焊枪6与激光器1相对设置，两个滚动电极3相对设置。
激光器1功率为800W～10000W，焊接速度为0.1m/min～10m/min，沿焊接方向激光器1发射的激光束与滚动电极3之间的距离为2～80mm，辅助电流电源的输出电流为10～50000A，滚动电极3受到的电极压力为100～10000N。
在进行S1之前，先对侧板4与端板10进行表面处理，去除表面杂质。之后将L型对接板固定设置在工作台上，端板10水平设置在工作台上，侧板4与端板10垂直设置，端板10与侧板4的厚度不相同。
设置激光器1与位于L型对接板对接处上方的滚动电极3时，要保证激光器1的光斑位于端板10与侧板4的对接处，根据实际调整激光器1与滚动电极3之间的距离。
S2、启动激光器1、滚动电极3和焊枪6，激光器1、滚动电极3和焊枪6沿焊接方向同步移动，从而对L型对接板对接处进行焊接。
S2还包括：激光器1连接有振动系统，振动系统驱动激光器1沿垂直于焊接方向的方向振动。
S2的具体方法为：
S201、启动辅助电流电源，通过滚动电极3对L型对接板对接处上部和下部预热。
S201还包括：向滚动电极3施加压力，使滚动电极3贴合在L型对接板对接处。
S202、启动激光器1，对L型对接板对接处上部进行焊接。
S202还包括：激光器1沿焊接方向移动，滚动电极3与激光器1同步移动，振动系统驱动激光器1振动。
S203、向L型对接板对接处释放保护气5。
S204、启动焊枪6，对L型对接板对接处下部进行焊接。
在焊接过程中，L型对接板对接处会形成焊接熔池。保护气5流量为5-50L/min，保护气5一方面能提高焊缝11的质量，另一方面，保护气5对焊接熔池的施加力会抵消焊接熔池自身的重力，防止焊接熔池形成凸起。
启动辅助电流电源，辅助电流电源的输出电流通过滚动电极3，滚动电极3的电阻生热，沿焊接方向移动滚动电极3，两个滚动电极3同时对L型对接板对接处的上部和下部进行预热。激光器1、滚动电极3与焊枪6同步沿焊接方向移动，在激光器1移动的时候通过振动系统驱动激光器1振动，激光器1的激光束做振动从而增大激光焊接熔深，提高激光吸引电弧特性，加速焊接熔池的流动，提高焊缝11的熔透效率。
整个焊接过程中，L型对接板受到的热源有四个，分别是两个滚动电极3通过电流时的电阻能量、激光器1工作时的激光能量以及焊枪6工作时的电弧能量。
随着激光器1和滚动电极3的同步移动，由于L型对接板和滚动电极3均与辅助电流电源电性连接，因此焊接熔池中流过电流，产生感应磁场，而感应磁场与流过的电流相互作用产生电磁力，焊接熔池在电磁力的驱动下发生运动，不仅有利于焊接熔池的上部向下部传递能量，增加焊缝11熔深，焊接过程中，焊接熔池面积变大，而且在焊接方向被拉长，因此焊接熔池的冷却速度减缓，有利于使焊接熔池底部的形成的气泡在电磁力凝固且上浮，最终溢出焊接熔池表面，从而焊缝11中的气孔会减少，产生的电磁力也会使匙孔的稳定性增加，提高了焊接的稳定性。
图2中采用激光对L型对接板进行焊接。由图2可知，激光焊接L型对接板，焊缝11未熔透，同时焊缝11处有焊接气孔。这表明为熔透焊缝11需要增大激光功率，而且激光焊接过程中，匙孔一直处于实时波动状态，很容易产生匙孔闭合进而产生焊接气泡，由于激光焊接冷却速度较快，焊接熔池范围小，气泡难以溢出，形成焊接气孔。
图3中与图2中采用的方法相同，但图3采用的激光的功率大于图2。由图3可知，增大激光功率后，虽然实现了L型对接板对接接头焊缝11熔透，但是焊接熔池受重力影响形成凸起，进而引起应力集中，而且产生的焊接气孔也较多。这是因为激光熔透的深度较大，深度方向的匙孔较长，匙孔稳定性变得更差，更容易产生焊接气泡，熔池凝固前气泡难以溢出，形成焊接气孔。
图4中采用激光电弧复合焊接L型对接板，采用的焊接参数与图2的相同。由图4可知，L型对接板对接接头焊缝11未熔透，而且激光作用区域的焊缝11有焊接气孔。这是因为激光和电弧的能量不足以熔透L型对接板，无法充分利用激光-电弧相互吸引压缩的耦合特性，而且激光焊接过程中，匙孔一直处于实时波动状态，很容易产生匙孔闭合进而产生焊接气泡，由于激光焊接冷却速度较快，焊接熔池范围小，气泡难以溢出，形成焊接气孔。
图5采用本发明的方法，焊接参数与图2的相同。由图5可知，本发明的方法，在与图4焊接工艺参数相同的情况下，实现了L型对接板对接接头焊缝11熔透，而且焊接气孔较少。这是因为滚动电极3对L型对接板的预先加热作用，降低了L型对接板对激光能量的反射，有利于提高激光和电弧的吸引压缩效应，通过电阻能量、激光能量、电弧能量耦合加热作用下，极大提高激光和电弧的能量利用率、改善焊接质量、降低焊接成本，实现侧板4与端板10的对接焊的稳定、高效、优质连接。与焊枪6同轴的保护气喷嘴7在焊接过程中喷出大量保护气5对焊接熔池起到托举作用，防止焊缝11下方出现凸起。
一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，基于上述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，装置包括所述激光器1、所述焊枪6和两个所述滚动电极3，激光器1和其中一个滚动电极3位于所述L型对接板对接处的上方，焊枪6和另一个滚动电极3位于L型对接板对接处的下方，焊枪6电性连接有电源8，两个滚动电极3共同电性连接有电力控制系统9。
装置中，焊枪6采用TIG焊枪，电源8为TIG电源，激光器1可以是Nd：YAG激光器、CO2激光器、光纤激光器等。
通过电力控制系统9启动滚动电极3，通过电源8启动焊枪6，同时电力控制系统9对滚动电极3施加压力，滚动电极3始终贴合在L型对接板对接处，滚动电极3沿焊接方向在L型对接板上移动，滚动电极3在移动中对L型对接板对接处的上部和下部同时进行预热，激光器1、焊枪6与滚动电极3同步移动，对L型对接板对接处的上方和下方进行焊接。
通过滚动电极3的预先加热作用，降低L型对接板对激光能量的反射，提高激光和电弧的吸引压缩效应，通过三个热源的耦合加热作用，极大提高激光和电弧的能量利用率、改善焊接质量、降低焊接成本，实现侧板与端板的对接焊的稳定、高效、优质连接。通过三个热源的耦合加热作用可以避免为熔透焊缝而增加激光/电弧能量，导致热输入量较大，从而带来焊接接头的粗晶区较宽、力学性能变差的问题。
所述装置还包括保护气喷嘴7，保护气喷嘴7朝向所述L型对接板对接处的下方，所述焊枪6穿过保护气喷嘴7。
焊枪6设置在保护器喷嘴7内，保护器喷嘴7与焊枪6同轴，保护器喷嘴7与焊枪6均朝向L型对接板对接处的下方，在焊枪6对L型对接板进行焊接时，生成焊接熔池，保护器喷嘴7喷出保护气5，保护气5可以是氩气或氦气，保护气5对焊接熔池起到托举作用，防止焊接熔池受重力影响形成凸起，引起应力集中。
所述激光器1连接有振动系统。
振动系统驱动激光器1在与焊接方向垂直的方向上振动，通过激光器1的振动增大激光焊接熔深，提高激光吸引电弧特性，加速熔池的流动，提高焊缝11的熔透效率。
所述滚动电极3与所述电力控制系统9之间连接有用于支撑滚动电极3的电极臂2。所述电力控制系统9包括辅助电流电源和电极压力控制模块，辅助电流电源与所述L型对接板、所述电极臂2均电性连接，电极压力控制模块与所述滚动电极3电性连接。
电极臂2用于支撑并夹持滚动电极3，电极压力模块用于给滚动电极3施加压力，使不妨碍滚动电极3移动的情况下，使滚动电极3与L型对接板的对接处紧贴。
激光器1、电源8以及辅助电流电源的输出类型既可以是连续输出，也可以是脉冲输出。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，L型对接板包括相互垂直的端板(10)和侧板(4)，其特征在于：方法包括如下步骤：
S1、设置激光器(1)、焊枪(6)和两个滚动电极(3)，激光器(1)和其中一个滚动电极(3)设置在L型对接板对接处上方，且在焊接方向上滚动电极(3)位于激光器(1)前方，焊枪(6)和另一个滚动电极(3)设置在L型对接板对接处下方，且在焊接方向上滚动电极(3)位于焊枪(6)前方；
S2、启动激光器(1)、滚动电极(3)和焊枪(6)，激光器(1)、滚动电极(3)和焊枪(6)沿焊接方向同步移动，从而对L型对接板对接处进行焊接。
2.如权利要求1所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，其特征在于：S1的具体方法为：
S101、将激光器(1)和其中一个滚动电极(3)设置在L型对接板对接处上方，并调整激光器(1)光斑的位置；
S102、将L型对接板和两个滚动电极(3)与辅助电流电源电性连接；
S103、调整激光器(1)和位于L型对接板对接处上方的滚动电极(3)的距离；
S104、将焊枪(6)和另一个滚动电极(3)设置在L型对接板对接处下方，焊枪(6)与激光器(1)相对设置，两个滚动电极(3)相对设置。
3.如权利要求2所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，其特征在于：S2还包括：激光器(1)连接有振动系统，振动系统驱动激光器(1)沿垂直于焊接方向的方向振动。
4.如权利要求3所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，其特征在于：S2的具体方法为：
S201、启动辅助电流电源，通过滚动电极(3)对L型对接板对接处上部和下部预热；
S202、启动激光器(1)，对L型对接板对接处上部进行焊接；
S203、向L型对接板对接处释放保护气(5)；
S204、启动焊枪(6)，对L型对接板对接处下部进行焊接。
5.如权利要求4所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，其特征在于：S201还包括：向滚动电极(3)施加压力，使滚动电极(3)贴合在L型对接板对接处。
6.一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，基于权利要求5所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的方法，其特征在于：装置包括所述激光器(1)、所述焊枪(6)和两个所述滚动电极(3)，激光器(1)和其中一个滚动电极(3)位于所述L型对接板对接处的上方，焊枪(6)和另一个滚动电极(3)位于L型对接板对接处的下方，焊枪(6)电性连接有电源(8)，两个滚动电极(3)共同电性连接有电力控制系统(9)。
7.如权利要求6所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，其特征在于：所述装置还包括保护气喷嘴(7)，保护气喷嘴(7)朝向所述L型对接板对接处的下方，所述焊枪(6)穿过保护气喷嘴(7)。
8.如权利要求6所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，其特征在于：所述激光器(1)连接有振动系统。
9.如权利要求6所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，其特征在于：所述滚动电极(3)与所述电力控制系统(9)之间连接有用于支撑滚动电极(3)的电极臂(2)。
10.如权利要求9所述的一种电流辅助激光电弧复合焊接L型对接板的装置，其特征在于：所述电力控制系统(9)包括辅助电流电源和电极压力控制模块，辅助电流电源与所述L型对接板、所述电极臂(2)均电性连接，电极压力控制模块与所述滚动电极(3)电性连接。
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