[发明专利]一种激光引导GMAW电弧复合横向焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及横向焊接方法。

背景技术

众所周知，与传统的水平焊接相比，横向焊接过程存在着很大的不同，横向焊接时，熔融的金属受到自身重力的作用，当熔融金属的表面张力不足以抵抗其自身重力作用时，熔融金属将会下淌，从而形成咬边、焊瘤及焊缝中心线偏离等缺陷。尤其是对于铝合金，由于其表面张力小，流动性好等特点，在其横向焊接过程中熔融金属下淌现象将会更加严重。

目前国内外针对横向焊接方法的研究主要是集中在传统的电弧焊以及埋弧焊方面，所采用的控制方法主要是脉冲电流控制、磁场辅助控制以及旋转电弧控制等。这些方法都是通过改变熔池的流动行为来控制熔融金属的下淌，但是这些方法都要求热输入量控制在较小的范围内，这大大降低了焊接效率。

20世纪70年代末，激光-电弧复合热源焊接技术首次被提出，它是将激光与电弧两种热源结合在一起作用在同一平面同一区域，从而克服单独作用的不足，相比单激光焊接或者是单电弧焊接，可以提高焊缝熔深和焊接适应性，减少焊接变形，提高焊接效率。众所周知，传统的激光-电弧复合焊接采用的方式多是激光与焊丝同时作用在焊缝中心线上，并且激光束中心线与焊丝中心线在同一平面，激光焊接形成的匙孔可以吸引和压缩焊接电弧，改变熔池的形态和流动方式，提高电弧焊接能量密度和焊接效率。目前传统的激光-电弧复合焊接方法应用于水平面内进行水平焊接时具备了上述的优点，但应用于竖直平面内进行横向焊接时仍然解决不了熔融金属下淌而导致的咬边及焊缝中心线偏离的问题。

发明内容

本发明要解决现有的焊接方法用于竖直平面内进行横向焊接时存在熔融金属下淌而导致的咬边及焊缝中心线偏离的问题，而提出一种激光引导GMAW电弧复合横向焊接方法。

本发明中的一种激光引导GMAW电弧复合横向焊接方法按以下步骤进行：

一、对待焊工件进行除油和除氧化膜处理：先用丙酮在待焊工件表面擦拭2遍～3遍以去除油污，再用质量百分比浓度为6%~10%的氢氧化钠溶液对铝合金板进行浸泡6min~12min后，用清水冲洗干净，再用质量百分比浓度为25%~35%的硝酸溶液对待焊工件进行浸泡2min~4min后，用清水冲洗干净并吹干，然后将待焊工件的待焊面以横向放置的方式固定在行走机构上；

二、填充焊丝：焊丝直径为1.0mm~1.6mm，焊丝干伸长控制在10mm~30mm，焊丝与法线的夹角α为30°~75°；

三、启动激光器及GMAW电弧焊机进行焊接：使用纯Ar气或体积比为95%Ar+5%CO₂混合气体为保护气体，焊接时气体流量为15L/min~50L/min，激光器以聚焦形式直接作用在待焊工件上，在激光束的光斑直径为0.1mm~0.4mm、激光功率范围为2.0kW~6.0kW、GMAW电弧焊的焊接电流为30A~250A、焊接速度为0.5m/min~2.5m/min的条件下进行复合横向焊接，得到焊接件；其中激光器为CO₂气体激光器、光纤激光器、YAG固体激光器或半导体激光器，；其中当GMAW电弧焊的焊接电流为30A~149A时，激光束中心线与焊丝中心线位于待焊工件的两个法平面上，激光束作用位置位于焊缝中心线以上，垂直照射在待焊工件上，焊丝尖端作用位置位于焊缝中心线上，激光束作用位置与焊丝尖端作用位置之间垂直距离h为2mm~5mm，激光束的斑点作用位置与焊丝尖端作用位置之间水平距离d为2mm~5mm；当GMAW电弧焊的焊接电流为150A~250A时，激光束中心线位于待焊工件法平面上，且在焊缝中心线上方，垂直照射在待焊工件上，焊丝尖端与待焊工件法平面呈夹角β，其大小在20°~45°之间，GMAW电弧倾斜作用在焊接区域，焊丝尖端作用点位于焊缝中心线，激光束作用位置与焊丝尖端作用位置之间垂直距离h为2mm~5mm，激光束的斑点作用位置与焊丝尖端作用位置之间水平距离d为2mm~5mm。

本发明的工作原理为：激光引导GMAW电弧复合横向焊接方法，就是在横向焊接过程中，将激光与电弧交叉作用或倾斜作用在焊接区域，即激光与电弧作用在不同平面不同区域，利用激光对GMAW电弧的吸引作用，激光等离子体对熔滴的吸引作用，以及电弧自身的电弧力，改变熔池的受力情况，从而改善熔池的流动状态，减小熔融金属自身重力的负面影响，抑制熔池的下淌。

与传统的横向焊接方法相比，本发明包括以下有益效果：

1、增大了工艺参数范围，通过调节激光功率，可抑制在较大的电流焊接参数下熔融金属的下淌，从而消除焊缝的咬边缺陷，而且焊缝中心线刚好对中；