CN115971662B - 一种窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种窄间隙激光‑双弧双丝复合焊接方法,通过双TIG电弧的引入增加侧壁熔透性配合通过平行送进的双丝的能够有效解决侧壁熔合不良问题;且双丝的引入能够显著增加熔敷效率,由此能够实现厚壁构件窄间隙的高效焊接。该方法用于对待焊试件的窄间隙坡口进行焊接;将激光束置于窄间隙坡口中间位置,两个用于产生TIG电弧的钨极位于激光束后侧,且位于窄间隙坡口的两个侧壁之间;两根焊丝在位于所述激光束前方,且并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间;焊接时,激光束与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝同时送入熔池,两根焊丝在激光束与双TIG电弧的共同作用下熔化进入熔池,对窄间隙坡口进行多层单道焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法,具体涉及一种窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,属于焊接制造技术领域。
背景技术
窄间隙焊接技术起源于20世纪60年代,以美国和日本为代表的研究机构相继研发了多种窄间隙焊接方法(窄间隙焊接方法的定位为:板厚小于200mm,间隙小于20mm;板厚超过200mm,间隙小于30mm),70年代美国和日本研发的窄间焊接技术成果先后在潜艇、核电设备压力容器中获得推广应用。随着时代的进步,窄间隙焊接技术已发展越来越成熟,同时窄间隙焊接技术在焊接质量、生产效率、经济成本等方面的诸多优势,必将是未来厚板结构焊接发展的重要方向之一。
传统的厚壁焊接往往采用大角度坡口,焊接过程中填入材料较多,焊接时采用多层多道焊接,焊接应力大,焊接工件变形大,热影响区宽,降低焊接接头的塑韧性。随着深海工程、核电、压力容器等领域对厚壁金属构件的需求日益广泛,对厚壁构件的焊接质量和焊接效率也提出了更高要求。窄间隙焊接技术因采用窄且深的小角度U型或I型坡口,具有焊接效率高、焊材消耗少及热输入低等优势,且随着板厚的增加,窄间隙焊接的优势愈加明显。
厚壁窄间隙焊接技术按其所采取的工艺进行分类,可分为窄间隙埋弧焊(NG-SAW)、窄间隙熔化极气体保护焊(NG-GMAW)、窄间隙钨极氩弧焊(NG-GTAW)等。其中窄间隙埋弧焊(NG-SAW)焊接效率高,在压力容器等领域应用较广,但在熔透方面,很难实现单面焊双面成形,需增加衬垫进行焊接,同时热输入大,因此对焊接热输入敏感材料受限;窄间隙熔化极气体保护焊(NG-GMAW)操作灵活,效率较高,但由于属熔化极气体保护焊范畴,焊缝中易出现气孔等缺陷、同时坡口侧壁的熔合问题也是其关键难点问题;窄间隙钨极氩弧焊(NG-GTAW)焊缝成型优良且焊接接头质量高,但其焊接速度低、熔敷效率低,导致需要填充道数增多、焊接接头变形大、组织粗大等问题。
窄间隙激光-TIG电弧复合焊接技术将激光与电弧两种热源复合在一起,共同作用于一个熔池,充分发挥两种热源各自的优势,与窄间隙TIG焊相比,激光的引入能够增加焊缝熔深、提高电弧稳定性、增加焊接速度及金属熔敷效率。尽管窄间隙激光-TIG复合焊焊接质量高、焊接速度快、组织性能优异,但在大厚度材料的焊接中仍存在熔敷效率低、侧壁熔合不良等问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提出一种窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,通过双TIG电弧的引入增加侧壁熔透性配合通过平行送进的双丝的能够有效解决侧壁熔合不良问题;且双丝的引入能够显著增加熔敷效率,由此能够实现厚壁构件窄间隙的高效焊接。
一种窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,用于对待焊试件的窄间隙坡口进行焊接;
将激光束置于窄间隙坡口中间位置,两个用于产生TIG电弧的钨极位于所述激光束后侧,且并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间;两根焊丝在位于所述激光束前方,且并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间;
焊接时,所述激光束与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝同时送入熔池,两根焊丝在激光束与双TIG电弧的共同作用下熔化进入熔池,对窄间隙坡口进行多层单道焊接。
作为本发明的一种优选方式,当焊缝两侧的母材材质相同时,采用两根材质相同的焊丝,且两根焊丝的直径和送丝速度相同;
当焊缝两侧的母材材质不同时,采用两根不同材质的焊丝,且两根焊丝的材质和与之对应侧母材的材质相同,依据焊接需求分别确定两根焊丝的直径和送丝速度。
作为本发明的一种优选方式,两个钨极的交流电源的相位相同。
作为本发明的一种优选方式,两根焊丝和与之对应侧侧壁之间的间距相等。
作为本发明的一种优选方式,两根焊丝的送丝速度为1m/min~8m/min,焊丝直径为0.8mm~1.6mm。
作为本发明的一种优选方式,用于产生TIG电弧的钨极的长度为10mm~50mm;两个钨极之间的间距为1mm~3mm。
作为本发明的一种优选方式,用于产生所述激光束的激光热源的功率为1000W~10000W;离焦量为-10mm~10mm;摆动频率为20Hz~400Hz;摆动幅度为0.5mm~15mm。
作为本发明的一种优选方式,步骤1:设计坡口形式,对待焊工件进行预处理,调节两根焊丝、激光束、两个钨极间的空间位置关系;
步骤2:设置焊接参数,所述焊接参数包括:送丝速度、焊丝直径、离焦量、激光功率、激光束摆动方式、激光束摆动幅度和频率、焊接电流、焊接电压、钨极长度、双钨极间距;
步骤3:实施焊接:启动焊接电源开关,使激光束与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝同时送入熔池,集成有两根焊丝、激光器和两个钨极的焊枪沿焊接方向按设定速度移动;焊接过程中,激光束按设定轨迹和频率摆动;
焊接过程中,通过TIG焊电弧弧压跟踪功能,实时调整复合焊枪的高度位置,确保复合焊枪与待焊工件的距离一致,依据步骤2中设置的焊接参数进行单道多层焊接,最终实现厚板窄间隙焊接。
作为本发明的一种优选方式,利用设置在激光束前侧的送丝组件将两根并列设置的焊丝送入窄间隙坡口的两个侧壁之间;
利用设置在激光束后侧并列设置的两个电极组件提供双TIG电弧热源;
利用送气组件将保护气体均匀的送入熔池周围;
焊接过程中,利用枪体冷却单元对焊接装置本体进行冷却,利用电极组件对电极进行冷却。
作为本发明的一种优选方式,送丝组件中通过两个相互独立的送丝单元,分别将两根焊丝送入窄间隙坡口的两个侧壁之间。
有益效果:
(1)本发明的复合焊接方法能够实现高熔敷效率条件下的优质焊接:焊接过程同时送两根焊丝,且两根焊丝在在窄间隙坡口内平行排布,平行送进;与激光-TIG电弧复合焊相比,窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法的送丝速度可以提高2倍以上;通过激光摆动、双钨极在窄间隙坡口内并列排布,增加电弧在窄间隙坡口中对侧壁的熔化面积,进而保证侧壁熔合效果。双丝送入方式大幅提升焊丝金属填充能力,因此必然会使焊接金属熔敷效率大幅提升,实现焊接效率进一步提升。
且由于在焊缝的左右两侧各设置一根焊丝,增加了焊丝金属熔化宽度,熔化焊丝顺利铺展至窄间隙坡口两侧,铺展性好,保证了窄间隙条件下的焊接质量且通过激光摆动、双TIG摆动,增加电弧在窄间隙坡口中对侧壁的熔化面积,可以保证侧壁熔合效果好,抑制了窄间隙坡口条件下焊接侧壁熔合不良问题。
(2)本发明的复合焊接方法能够实现焊缝熔深和熔宽的精准控制:本发明的复合焊接方法采用摆动激光束与双TIG电弧共熔池的方式,通过调节双钨极间距及激光摆动幅度,可以调控电弧能量、激光能量作用于窄间隙坡口侧壁的热量分布进而控制焊缝熔宽;通过调整激光束的功率及摆动方式调控作用于熔池深度方向的能量进而控制焊缝熔深。
(3)本发明的复合焊接方法适用于大厚度材料窄间隙高效焊接:通过双钨极间距调节,可以适用于不同坡口尺寸和不同厚度的坡口,增加了对窄间隙坡口的适应性;能够实现0.5mm~200mm、坡口宽度≥6mm板材或管材焊接。
(4)本发明的复合焊接方法能够实现稳定的焊缝成形:本发明的复合焊接方法以两根焊丝在前、摆动激光居中、双TIG电弧在后的焊接方式,将焊丝、激光与电弧共同作用于一个熔池;焊接过程中,激光在垂直于焊缝的方向进行摆动,激光在熔化焊丝及母材的同时,激光摆动作用的加入增加了熔池金属的铺展性;双TIG电弧作用在整个熔池后方,由于TIG电弧能量密度相比于激光的能量密度小,电弧对母材金属及熔池的热作用,通过双TIG电弧并行排布作用于熔池,大幅度提升熔池金属的铺展性,有利于实现良好的焊缝成形效果。
(5)采用本发明的复合焊接方法能够实现熔池多合金体系调控:本发明在焊接过程中填充两根焊丝,两根焊丝的成分和直径均可以不同,且两根焊丝的送丝速度可以分别进行调节,由此能够实现对熔池多合金体系的组织性能调控,实现两个不同材质的母体的焊接,即本发明的复合焊接方法使用不受限,能够实现不同焊接条件下的高质量、高效率的焊接。即采用双丝并排送入的模式,能够实现焊缝金属成分、组织、性能的调控。
(6)采用本发明的复合焊接方法对窄间隙进行单道多层焊接,最终实现厚板窄间隙焊接;相比传统的多道多层的焊接方式,侧壁熔合效果好,且能够保证每道焊缝位置厚度一致。
附图说明
图1为本发明的焊接工作原理示意图;
图2实施例1中所采用的坡口形式示意图;
图3为实施例3中复合焊接装置的结构示意图。
其中:1-导丝嘴,2-送丝座,3-导丝管,4-旋转座,5-四连杆,6-热丝绝缘块,7-焊丝,8-下热丝绝缘套,10-热丝导电杆,13-水接头,14–上热丝绝缘套,15-热丝接口,16-气接头,23-电极绝缘套,24-后保护气罩,25-气筛网,26-电极夹,27-电极,28-前保护气罩,29-激光束,30-枪身,31-水电缆杆,34-待焊工件、35-熔池。
具体实施方式
下面结合附图和较佳实施例对本发明进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更容易被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1:
针对现有窄间隙焊接效率低、热输入大、成形质量差、侧壁熔合不良等突出技术问题,本实施例提供一种窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,通过双TIG电弧的引入增加侧壁熔透性解决侧壁熔合不良问题,同时通过双丝的引入显著增加熔敷效率。
如图1所示,窄间隙激光-双弧双丝复合焊接是指将激光束29与两个电极27(即钨极)产生的TIG电弧共同作用于一个熔池35,激光束29在前,两个钨极在后;两根焊丝7设置在激光束29前侧,且并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间。
焊接时,激光束29与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝7同时送入熔池35,两根焊丝7在激光束29与双TIG电弧的共同作用下熔化进入熔池,对窄间隙坡口进行多层单道焊接。
一方面,激光束29具有稳定电弧作用,增强焊接过程中电弧的稳定性;另一方面,两个钨极交流电源的相位相同,由此通过对其相位控制,能够实现同性相吸效果,进一步提升所产生的双电弧的稳定性;两方面的叠加作用,保证了熔池金属的稳定成型,进而实现良好的焊缝成形效果。而双丝送入方式大幅提升焊丝金属填充能力,使焊接金属熔敷效率大幅提升,并保证侧壁熔合效果好。
该方法的具体步骤为:
步骤1:设计待焊工件34的坡口形式,对待焊工件34进行预处理,调节并确认双焊丝7、激光束29、双钨极间的空间位置关系。
坡口形式,依据焊枪尺寸,设计窄间隙坡口尺寸,同时保证焊枪在深度方向的可达性;
对待焊工件34进行预处理是指将待焊工件34进行打磨或清理,并将打磨或清理后的待焊工件组装及定位;待焊工件的材料可以为钢、不锈钢、钛合金、高温合金等金属材料中的任一种;焊丝的材料根据待焊工件材料进行选择。
其中两根焊丝7、激光束29与两个钨极间的空间位置关系为:激光束29在前,两个沿窄间隙坡口的宽度方向并列设置的钨极在后,两根焊丝7位于激光束29前方,也沿窄间隙坡口的宽度方向并列设置,使两根焊丝7并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间,且两根焊丝7和与之对应侧侧壁之间的间距相等;两根焊丝7在激光束29前方沿焊缝方向送入熔池,由此两根焊丝7在激光束29与两个钨极的共同作用下熔化进入熔池。
步骤2:设置焊丝7、激光束29及两个钨极的焊接参数,焊接参数包括:送丝速度、焊丝直径、离焦量、激光功率、激光束摆动方式、激光束摆动幅度和频率、焊接电流、焊接电压、钨极长度、双钨极间距、弧压跟踪等。
用于发射激光束29的激光器可以是CO2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;离焦量为-10mm~10mm;激光功率为1000W~10000W。激光束的摆动方式可以为“8”字形、圆形、锯齿形等,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;激光束摆动幅度为0.5mm~15mm;激光束摆动频率为20Hz~400Hz。
送丝速度为1m/min~8m/min,焊丝直径为0.8mm~1.6mm;可以依据实际焊接需要,采用两根直径不同的焊丝7,两根焊丝7的送丝速度也可不同,如当采用熔池多合金焊接体系时,两根焊丝7的成分和送丝速度均可不同。通常当熔池35两侧的母材材质相同时,采用两根材质相同的焊丝,且两根焊丝的直径和送丝速度相同;当熔池35两侧的母材材质不同时,采用两根不同材质相同的焊丝,且两根焊丝的材质和与之对应侧母材的材质相同,此时依据焊接需求分别确定两根焊丝的直径和送丝速度,两根焊丝的直径和送丝速度可以相同,也可以不相同。采取不同成分组成的焊丝送进,能够对焊缝的成分进行优化调控,进而实现对窄间隙接头组织及性能的可控调节。
焊接电流为50A~400A,焊接电压为15V~30V,用于产生TIG电弧的钨极的长度为10mm~50mm;两个钨极之间的间距为1mm~3mm。焊接前,调整两个钨极之间的间距,使两个钨极分别指向窄间隙坡口的两个侧壁,通过电极引燃形成电弧,达到覆盖整个窄坡口区域的目的,从而解决焊接过程中侧壁未熔合的问题。
步骤3:实施焊接:检查水、电、气及焊接设备的运行状态,启动焊接电源开关,使激光束29与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝7同步送入熔池35,同时复合焊枪(即集成有两根焊丝7、激光器和两个钨极的焊枪)沿焊接方向按设定速度移动;焊接过程中,激光束29按设定轨迹和频率摆动,激光与双TIG电弧共同作用于同一焊接熔池,实现窄间隙坡口多层单道焊接。
焊接过程中,通过TIG焊电弧弧压跟踪功能,实时调整复合焊枪的高度位置,确保复合焊枪与待焊工件34之间的间距在焊接过程中始终一致,依据步骤2中设置的焊接参数对窄间隙进行单道多层焊接,最终实现厚板窄间隙焊接。
上述复合焊接方法中,采用具有摆动功能的激光束29,激光束29能够在垂直焊接方向上摆动。激光束29的摆动使熔池熔深均匀一致,通过激光束29的摆动,能够减少上一层焊缝表面状态差异对下一层焊缝的影响。此外,激光束29摆动的宽度(即摆动幅度),可根据需求进行设置,进而有利于保证窄间隙条件下焊缝侧壁熔合;且通过设置激光功率、摆动类型及摆动频率与幅度,有利于激光光源对焊缝成形效果的精准控制。
上述复合焊接方法中,用于产生双TIG电弧的两个钨极采取并列排布方式,分别作用于焊缝的两个侧壁。一方面,两个钨极的间距依据窄间隙坡口间距在焊接前进行设定,从而有效保证窄间隙焊接中两个侧壁的熔合效果;另一方面,通过对两个钨极的焊接电流进行设定,同样有效保证侧壁熔合效果,结合两个钨极间距的有效控制,实现双电弧能量的有效叠加;其次,为了尽量减小复合焊枪的宽度,使其能够适用于窄间隙,并防止两个钨极间的干涉,两个钨极在安装时采取角度不同,但作用位置相同的并行排布方式。
上述复合焊接方法中,双丝送进模式可以是通过两台平行分布的送丝机同步将两根焊丝7送入焊接熔池35。第一方面,在多热源交互协同作用模式下,双丝的高速送入,焊丝7金属填充效率增加,实现了高速熔敷,提升了焊接效率;第二方面,双丝并行送进模式,一定程度上增加了焊丝金属熔化宽度,并在激光摆动的作用下,熔化焊丝顺利铺展至窄间隙坡口两侧,保证了窄间隙下侧壁熔合质量。第三方面,填入的两根焊丝7的成分可不同,实现熔池多合金体系成分、组织、性能方面的调控。
实施例2:
下面给出采用窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法的一个具体实施案例:
待焊工件34材料为304不锈钢,板厚为100mm,焊丝7选用ER308L,焊丝7的直径为1.2mm,焊接坡口采用如图2所示的双面窄间隙坡口设计,中间根部为U型坡口结构,坡口钝边为10mm,坡口角度为单边3°。
将待焊工件34进行打磨清理后放置在夹具中组装。
采用光纤激光器,调节确认双焊丝、激光束和双钨极的空间位置关系,其中激光束29与钨极之间的间距为3mm,焊丝7指向激光束29作用斑点位置,激光束29前倾角度为1°,两个钨极的前倾角度分别为10°和45°,两个钨极的间距2mm,钨极距待焊工件34侧壁的距离为2mm,双焊丝7送入激光束前端处。设置焊接参数:送丝速度为3m/min;离焦量为3mm;激光功率为5000W,激光束摆动方式为锯齿形摆动,激光束摆动幅度为10mm,激光束摆动频率为100Hz,焊接电流为150A,焊接电压为12V。
检查水、电、气及焊接设备的运行状态,启动焊接电源开关,使激光束与双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝7同步送入熔池35,同时复合焊枪沿焊接方向按设定速度移动,焊接过程中,激光光斑按设定轨迹和频率摆动,协同双钨极共同作用于熔池35,实现每层单道焊接。通过TIG焊电弧弧压跟踪功能,实时调整复合焊枪位置高度,确保复合焊枪与工件的位置一致,按照设置的焊接参数进行单道多层焊接,最终实现厚板窄间隙焊接。
实施例3:
在上述实施例1的基础上,本实施例给出一种能够实现该复合焊接方法的复合焊接装置。
如图3所示,该复合焊接装置包括:摆动式激光束29、枪身30以及支撑在枪身30上的送丝组件、送气组件、冷却组件和电极组件;
本例中,该复合焊装置,枪头的整体宽度(即厚度)为6mm,焊枪高度为200mm,能够实现坡口间隙6mm以上、厚度200mm以下材料的焊接。待焊工件可以为钢、不锈钢、钛合金、高温合金等金属材料中的任一种,所用焊丝根据待焊工件材料进行选择。
为适应窄间隙,枪身30为扁平结构,用于支撑送丝组件、送气组件、冷却组件和电极组件。其中送丝组件安装在枪身30的前端,电极组件安装在枪身30中部靠后的位置,激光束29位于送丝组件和电极组件之间。
送丝组件的功能是实现两根焊丝7的稳定送丝,同时可对焊丝通过热丝电源进行加热,实现热丝功能。送丝组件包括:导丝嘴1、送丝座2、导丝管3、旋转座4、四连杆5、热丝绝缘块6、上热丝绝缘套8、下热丝绝缘套14以及热丝接口15。导丝嘴1通过送丝座2与导丝管3连接;从导丝嘴1伸出两根并列设置的焊丝7,使用时,两根焊丝7并列分布在焊缝的两个侧壁之间,且两根焊丝7和与之对应侧侧壁之间的间距相等。四连杆5的一端与导丝管3铰接,另一端与枪身30上的支耳铰接;热丝导电杆10穿过与枪身30固接的热丝绝缘块6后与旋转座4固接,送丝座2与旋转座4销接(销轴方向沿焊缝的宽度方向),送丝座2能够绕旋转座4的销接处转动,以调整焊丝7在焊缝中的送丝位置。热丝导电杆10通过上热丝绝缘套8和下热丝绝缘套14支撑在枪身30上,且热丝导电杆10的顶部伸出枪身30后与热丝接口15相连,热丝接口15与热丝电源连接,用于对焊丝进行加热,实现热丝功能。
本实施例中的复合焊枪采用双TIG并行分布排列的热源,基于此,具有两个电极组件。
本实施例中的每个电极组件包括:电极夹26和电极27;其中电极27为钨极;电极27通过电极夹26夹持固定;水电缆杆31竖直安装在枪身30上,且穿过枪身30对应位置的安装孔后与电极夹26固接,在水电缆杆31与对应的安装孔之间设置有电极绝缘套23。电极27相对于水电缆杆31的轴线向前倾斜设定角度,使电极27指向激光束29作用区域。
两个电极组件并行分布排列,使两个电极27的尖端指向同一区域,并沿焊缝宽度方向并行排布。为减小焊枪的整体宽度,使其能够满足窄间隙的使用需求,两个电极组件中,两个水电缆杆31前后并列设置,使两个电极27前后错开分布,即两个电极27和水电缆杆31的轴线之间采用不同的夹角,但两个电极27尖端指向焊缝的同一区域,并沿焊缝宽度方向并行排布。
送气组件用于将保护气体均匀的送入熔池周围,实现对熔化金属的保护;送气组件分为前后两部分,分别为前送气组件和后送气组件,其中前送气组件位于送丝组件与激光束29之间,后送气组件位于电极组件的后侧,即前后送气组件分别作用于激光-TIG复合热源焊接行进方向的前后两侧,将保护气体送入熔池周围,实现对熔化金属的保护。
前送气组件和后送气组件的组成相同,均包括气接头16、导气管和保护气罩(如图3所示的前保护气罩28和后保护气罩24)。其中气接头16为快速气体接头,与外部气源相连,气接头16通过支撑在枪身30上的导气管与保护气罩连通,保护气罩固定在枪身30上,保护气罩上的出气口朝向焊接区域;保护气罩内部设置有气网筛25,通过气筛网25的作用可将保护气体均匀的输送到熔池。前送气组件和后送气组件分别作用于激光-摆动TIG复合热源焊接行进方向的前后两侧,通过外接气体流量检测装置实现对气体流量大小的控制。
冷却组件包括枪体冷却单元和电极冷却单元;枪体冷却单元包含设置在枪身30上的四个水接头13,为两进两出方式,水接头13一端与外部水冷设备相连,另一端通过水管与设置在枪身30内部的冷却水路连通,通过水路的循环实现整套枪体的冷却。电极冷却单元用于电极27的冷却,电极冷却单元包括:焊机水电缆通过水电接头与水电缆杆31连接,水电缆杆31包括内管和外管,进水由内管进入,出水由外管排出,由此即实现了电极导电作用,又实现对电极的冷却。
综上,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:用于对待焊试件的窄间隙坡口进行焊接;
将激光束置于窄间隙坡口中间位置,两个用于产生TIG电弧的钨极位于所述激光束后侧,且并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间;两根焊丝在位于所述激光束前方,且并列分布在窄间隙坡口的两个侧壁之间,两根焊丝和与之对应侧侧壁之间的间距相等;两个钨极的交流电源的相位相同;两个钨极在安装时采取角度不同,但作用位置相同的并行排布方式;
用于产生TIG电弧的钨极的长度为10 mm~50 mm;两个钨极之间的间距为1mm~3mm;
焊接前,调整两个钨极之间的间距,使两个钨极分别指向窄间隙坡口的两个侧壁,通过电极引燃形成电弧,达到覆盖整个窄坡口区域的目的;
焊接时,所述激光束与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝同时送入熔池,两根焊丝在激光束与双TIG电弧的共同作用下熔化进入熔池,对窄间隙坡口进行多层单道焊接。
2.如权利要求1所述的窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:
当焊缝两侧的母材材质相同时,采用两根材质相同的焊丝,且两根焊丝的直径和送丝速度相同;
当焊缝两侧的母材材质不同时,采用两根不同材质的焊丝,且两根焊丝的材质和与之对应侧母材的材质相同,依据焊接需求分别确定两根焊丝的直径和送丝速度。
3.如权利要求1或2所述的窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:两根焊丝的送丝速度为1m/min~8 m/min,焊丝直径为0.8mm~1.6 mm。
4.如权利要求1或2所述的窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:用于产生所述激光束的激光热源的功率为1000W~10000 W;离焦量为-10 mm~10 mm;摆动频率为20Hz~400 Hz;摆动幅度为0.5 mm~15 mm。
5.如权利要求1或2所述的窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:
步骤1:设计坡口形式,对待焊工件进行预处理,调节两根焊丝、激光束、两个钨极间的空间位置关系;
步骤2:设置焊接参数,所述焊接参数包括:送丝速度、焊丝直径、离焦量、激光功率、激光束摆动方式、激光束摆动幅度和频率、焊接电流、焊接电压、钨极长度、双钨极间距;
步骤3:实施焊接:启动焊接电源开关,使激光束与两个钨极产生的双TIG电弧同时输出热源,两根焊丝同时送入熔池,集成有两根焊丝、激光器和两个钨极的焊枪沿焊接方向按设定速度移动;焊接过程中,激光束按设定轨迹和频率摆动;
焊接过程中,通过TIG焊电弧弧压跟踪功能,实时调整复合焊枪的高度位置,确保复合焊枪与待焊工件的距离一致,依据步骤2中设置的焊接参数进行单道多层焊接,最终实现厚板窄间隙焊接。
6.如权利要求1或2所述的窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:
利用设置在激光束前侧的送丝组件将两根并列设置的焊丝送入窄间隙坡口的两个侧壁之间;
利用设置在激光束后侧并列设置的两个电极组件提供双TIG电弧热源;
利用送气组件将保护气体均匀的送入熔池周围;
焊接过程中,利用枪体冷却单元对焊接装置本体进行冷却,利用电极组件对电极进行冷却。
7.如权利要求6所述的窄间隙激光-双弧双丝复合焊接方法,其特征在于:送丝组件中通过两个相互独立的送丝单元,分别将两根焊丝送入窄间隙坡口的两个侧壁之间。
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