CN1418753A - 激光－电弧复合脉冲协调控制焊接方法 - Google Patents

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Fang Junfei
Jiao Shusen
Lei Zhenglong
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Fang Junfei
Jiao Shusen
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Abstract

激光－电弧复合脉冲协调控制焊接方法，它涉及一种焊接方法，特别是一种复合热源焊接方法。该方法是：在激光－电弧复合热源焊接过程中，激光功率输出脉冲与电弧电流脉冲在同步脉冲信号的控制下，协调控制输出，即电弧在基值电流脉冲时，激光功率为峰值功率输出；反之，电弧在峰值时，激光功率为基值功率输出。它解决了已有的激光－TIG电弧复合热源的焊接方法由于电弧空间等离子体对激光能量存在吸收和对光束散射作用而造成的一系列问题。该方法能使激光与电弧的能量最大限度地发挥。实际的焊接效果表明该方法与已有的复合方法相比具有极大地优势，无论是从工艺角度，还是从经济角度来看，都有很大的工业应用潜力和发展前景。

Description

激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法
技术领域：本发明涉及一种焊接方法，特别是一种复合热源焊接方法。
背景技术：在激光与电弧复合焊接技术中，当激光与电弧作用在同一区域，激光与电弧之间相互作用，即为常说的复合热源焊接。目前该激光-TIG电弧复合热源研究与应用领域，基本上都是连续输出激光与连续电流TIG电弧复合。根据我们研究的结果发现：两者复合作用过程中，存在一个能量相互作用增强、减弱的匹配关系。电弧空间等离子体对激光能量存在吸收和对光束散射作用。并且随电弧电流增加，该作用逐渐增强，从而大大地削弱了激光的作用效果。同时在焊接过程中，由于一般都是采用连续激光与连续电流复合，虽然电弧燃烧更稳定，但难免会出现电弧窜高或膨胀的现象。在焊接结果方面，主要表现为熔深下降。并且焊接时焊炬与激光束的角度、位置都会影响到激光与电弧复合的效果。
发明内容：本发明研制一种激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，它解决了已有的激光-TIG电弧复合热源的焊接方法由于电弧空间等离子体对激光能量存在吸收和对光束散射作用而造成的一系列问题。本发明的焊接方法是：在激光-电弧复合热源焊接过程中，激光功率输出脉冲与电弧电流脉冲在同步脉冲信号的控制下，协调控制输出，即电弧在基值电流脉冲时，激光功率为峰值功率输出；反之，电弧在峰值时，激光功率为基值功率输出。该方法的复合方式为：激光与电弧同轴或旁轴；电弧类型为TIG电弧或等离子弧；激光类型为CO2激光束或YAG固体激光束。本发明的复合焊接的优点主要是：1、采用小电流与大功率或大电流与小功率进行复合，能减少激光能量的损失，保证激光能量的充分利用；2、采用脉冲焊接协调控制的焊接复合技术，由于脉冲时间短，相互干扰影响的因素少，使电弧与激光能达到最佳复合效果。3、由于采取协调控制的技术，在大电流电弧焊接时，采用小功率激光焊接能起到稳定电弧的作用；而在小电流电弧焊接时，采用大功率激光焊接，能产生很好的复合效果，能使焊接熔深增加1～2倍。该激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法能使激光与电弧的能量最大限度地发挥。实际的焊接效果表明该方法与已有的复合方法相比具有极大地优势。无论是从工艺角度，还是从经济角度来看，都有很大的工业应用潜力和发展前景。
附图说明：图1是具体实施方式中TIG电弧脉冲焊与激光脉冲焊的频率波形图，图2是激光束与TIG焊炬复合焊接示意图。
具体实施方式：本实施方式采用旁轴激光-TIG焊接装置，参阅图2所示的相对位置，将焊枪1与激光头2固定在一起，其中：激光束与焊枪1之间的角度α为15°～45°；焊枪1的钨极尖端与激光束作用点的水平间距d为3mm～9mm；焊枪1的钨极尖端距工件的高度h为5mm～10mm。然后设定TIG与激光的保护气体流量。将TIG焊与激光焊设定为脉冲焊接过程，设定触发脉冲信号，使激光与电弧脉冲相位相反，频率一致，参阅图1所示，其中TIG电弧焊的峰值电流Ip＝180A～250A，基值电流Ib＝20A～60A，激光焊接的峰值功率Pp＝2KW～3KW，基值功率Pb＝500W～1000W，脉冲频率为20～500Hz。为了保证起焊时，激光与电弧同时触发，可以采取计算机通过A/D转换器分别同时给电弧焊机和激光焊机一个启动信号。焊接过程中，小功率激光与大电流TIG电弧、大功率激光与小电流TIG电弧复合，相互协调控制。采用这种复合方式，一方面电弧对激光的损耗较小，另一方面由于脉冲时间短，减少了相互之间作用的干扰，避免了电弧窜高或膨胀，达到了最佳复合，能进行更加稳定的复合焊接，进一步提高了焊接效率。如果采用激光-等离子弧复合焊接，其参数可参照上述焊接参数。

Claims (6)

1、激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，其特征在于在激光-电弧复合热源焊接过程中，激光功率输出脉冲与电弧电流脉冲在同步脉冲信号的控制下，协调控制输出，即电弧在基值电流脉冲时，激光功率为峰值功率输出；反之，电弧在峰值时，激光功率为基值功率输出。
2、根据权利要求1所述的激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，其特征在于复合方式为：激光与电弧同轴或旁轴。
3、根据权利要求1所述的激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，其特征在于电弧类型为TIG电弧或等离子弧。
4、根据权利要求1所述的激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，其特征在于激光类型为CO2激光束或YAG固体激光束。
5、根据权利要求1或2所述的激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，其特征在于采用激光与电弧旁轴的复合方式时，激光束与焊枪1之间的角度α为15°～45°；焊枪1的钨极尖端与激光束作用点的水平间距d为3mm～9mm；焊枪1的钨极尖端距工件的高度h为5mm～10mm。
6、根据权利要求1或3所述的激光-电弧复合脉冲协调控制焊接方法，其特征在于电弧焊的峰值电流Ip＝180A～250A，基值电流Ib＝20A～60A，激光焊接的峰值功率Pp＝2KW～3KW，基值功率Pb＝500W～1000W，脉冲频率为20～500Hz。
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