[发明专利]一种激光-TOPTIG复合焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光-TOPTIG复合焊接的方法，属于材料加工工程领域。

背景技术

众所周知，激光-电弧复合焊接作为一种新的现代激光焊接新方法，具有独特的优势：①高效节能；②增加焊缝熔深，稳定焊接电弧；③提高了焊接适应性，可进行高速焊接；④通过调节两种热源能量的匹配，改善焊缝成型。复合焊接过程中，激光热源主要有CO₂激光，YAG激光，光纤激光等，复合的对象可以是TIG，MIG或者等离子弧等；其复合方式有同轴复合，旁轴复合，甚至是多电极与单激光复合。目前，激光电弧复合焊接已经应用于造船、汽车，石油化工等领域，表现出了很好的应用潜力。在复合焊接过程中，一般对于中厚板焊接，主要应用激光-GMA电弧复合焊接；对于薄板，一般应用激光-TIG电弧复合焊接。但是，在激光-TIG电弧复合焊接过程中，由于装配不可避免的存在间隙、错边等问题，一般采用激光-TIG电弧复合填丝的焊接方法进行焊接，尤其是随着板厚增加，都必须采用激光-TIG电弧复合填丝的焊接方法。

在激光-TIG电弧复合填丝焊接过程中，存在以下问题：

1、TIG焊枪和送丝装置通过夹具固定在激光头上，不能严格保证送丝的精确度，从而不能保证焊缝质量；

2、钨极和送丝嘴的位置十分敏感，使得焊丝的送给角度和位置对熔滴的形成、长大、和过渡等过程影响较大，从而影响焊件过程的稳定性；

3、TIG焊枪和送丝装置固定在激光头上，使得激光工作头体积增大，限制了机器人的灵活性和可达性；

4、由于需人工调节钨极、激光束和焊丝三者保持一条直线，调节优化的工艺变量较多，提高了操作难度，降低了焊接精确性；

5、当焊接方向改变时，焊枪方向需要借助机器人的第六轴来控制，对于复杂的工件，还得增加一个转胎(第七轴)。

这些缺点都限制了激光-TIG复合填丝焊接方法的普及和应用。

发明内容

本发明针对现有激光-TIG电弧复合填丝焊接存在的上述问题，而提供了一种激光-TOPTIG复合焊接的方法。

本发明的一种激光-TOPTIG复合焊接的方法，具体操作如下：

步骤一：焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二：将激光和TOPTIG焊接共同作用在被焊区域，设置几何参数：光斑直径为0.1～0.5mm，离焦量为﹣3～﹢3mm；

步骤三：设置激光-TOPTIG复合焊接的焊接参数：电弧电流为50～400A，焊枪与竖直方向夹角为25°～55°，焊接速度为50～500mm/min，送丝速度为50～600mm/min，焊丝与钨极延长线的夹角为15°～30°，保护气为惰性气体；

步骤四：启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0～2.0s后，发射激光，在激光束和电弧相互作用的温度最高的区域送给焊丝，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行激光-TIG电弧焊焊接。

本发明的激光-TOPTIG复合焊接技术是利用激光焊接和TOPTIG焊接技术两种不同热源共同作用在同一区域形成熔池的新的焊接方法，如图2所示。其中，TOPTIG焊的核心特点是送丝嘴和焊枪一体化集成设计并固定在激光工作头上，焊丝以20°通过气体喷嘴送入到钨极端部的下方，焊丝的轴线方向和钨极端部的锥面平行，焊丝端部可以十分靠近钨极端部。激光束、钨极端部和焊丝端部延长线相交于一点，共同作用形成一个匙孔。

本发明的激光-TOPTIG复合焊接技术相比于激光-TIG复合填丝焊的优点表现为以下几点：

1、熔滴的生成、长大和过渡过程稳定，复合热源形成的等离子体降低了送丝精度，简化了操作程序；

2、相对TOPTIG焊单电弧能量，熔丝熔化来自于激光与电弧两种热源的作用，使得焊丝熔化速度加快，提高效率；

3、焊枪和送丝嘴的一体化集成设计减少了焊枪端部体积尺寸，减少了定位变量，可以提高定位精确度和稳定性，保证焊接精度和稳定性，提高焊缝质量；

4、由于这种特殊的送丝形式使得焊接过程中无需考虑焊丝的送进方向，提高了焊接机器人的灵活性和可达性，甚至可和激光-MIG复合焊接灵活性相媲美；

5、由于焊丝端部可以十分接近钨极端部，激光束和电弧的能量能够较多的使焊丝迅速熔化，获得较高的熔覆率和焊接速度，在焊接薄板时，焊接速度可以接近甚至优于激光-MIG复合焊；

6、钨极到焊件的距离不再敏感，送丝嘴固定在焊枪上，无需调整焊丝位置和角度等特点使得焊接操作变得简单。

附图说明