[发明专利]一种激光‑InFocus电弧双面对称复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光-InFocus电弧双面对称复合焊接技术，属于材料加工工程领域。

背景技术

在焊接生产中，如何提高产品质量和焊接生产率，降低焊接成本，一直是迫切需要解决的问题。由于具有功率密度高、同等热输入量时熔深大、热影响区窄、焊接变形小、焊接速度快等优势，激光在焊接生产中得到了越来越广泛的应用。但是，激光焊接也存在一些不足之处，例如，能量转换和利用率低、焊接成本高，尤其对高反射率、高导热系数的铝合金材料焊接困难；焊接过程不稳定，也在很大程度上限制了激光焊接技术的应用范围。

采用激光填丝焊对减少下塌缺陷、改善焊缝冶金性能、提高间隙适应性、实现厚板多层焊接具有一定的优势，其缺点是焊丝对中要求严格、焊丝会吸收和反射一部分激光能量，焊接质量有赖于焊丝的对位精度，焊丝送进过程的任何干扰会立即导致焊缝缺陷的产生，且对激光器功率要求较大，焊接成本很高。双光束焊接的匙孔尺寸大、稳定性好，能较好的消除气孔、改善焊缝成形，但是需要激光功率高、焊接成本高。激光-电弧复合技术能够提高工件对激光的吸收率、增大熔深、提高电弧稳定性、减少焊接缺陷，但是同样存在电弧对激光吸收和散焦严重、电极烧损、焊接方向性，焊接成本高等问题。

哈工大陈彦宾教授、苗玉刚博士在国内外首先提出了一种新型的铝合金焊接方法—激光-TIG双面焊接，如图所示。在4mm铝合金薄板焊接中取得了良好的效果，有效的解决了上述问题。但由于传统TIG电弧的能量分散，在焊接厚板时也需要较大的激光功率，提高了焊接成本。此外，TIG电弧存在磁偏吹现象，在焊接磁性材料时会出现焊接质量明显下降。

发明内容

本发明旨在针对激光-TIG双面焊接中厚板时，激光功率要求大，导致成本过高等诸多问题，提出一种激光-InFocus电弧双面对称复合焊接方法。

本发明的激光-InFocus电弧双面对称复合焊接技术是指在双面焊接过程中，激光束和InFocus电弧在工件两侧同时对称加热，并保持激光束和InFocus焊枪的轴线与工件垂直，如图2所示。

本发明的一种激光-InFocus电弧双面对称复合焊接方法，它是按照以下步骤进行的：

步骤一:将工件的待焊部位加工成Ⅰ形或Y形坡口，并对加工后的坡口及两侧表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:在焊接过程中始终保持激光束和InFocus弧焊枪在一条轴线上，其轴线与工件的夹角为85°～95°；

步骤三:设定焊接工艺参数：光斑直径为0.1～0.5mm，离焦量为﹣3～﹢3mm，激光功率为500～5000W，InFocus电弧电流为50～1000A，焊接速度为50～900mm/min，激光和InFocus保护气均采用Ar气，激光保护气流量为10～30L/min，InFocus保护气流量为10～25L/min；

步骤四:启动控制开关，进行激光和InFocus弧双面复合焊接，在工件一侧进行激光匙孔焊，另一侧通过InFocus弧进行匙孔焊接，进行双面复合焊接，形成激光-InFocus电弧双面复合焊缝。

InFocus技术是一种利用特殊材料设计制成的阴极，并且对阴极充分冷却，使电弧高度聚集于电极尖端，极大的提高了能量密度，电弧稳定性和电弧压力。InFocus技术与传统的TIG焊相比具有明显的优势，尤其在于：(1)低投入，相比等离子弧焊、激光焊接，其设备成本大幅降低；(2)对装配要求低；(3)应用广泛，可适用于各种材料焊接，焊接参数可识别性好；(3)焊接烟尘小，飞溅小；(4)保护需求与TIG一致；(5)加工稳定性和可重复性好。

InFocus电弧受到机械压缩并优化了阴极冷却设计，使其具有以下优点：(1)电弧能量高度集中，能量利用率提高，电流峰值高达1000A，可进行匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大，显著提高了生产效率；(2)电弧等离子体体积减小，气体保护效果更好；(3)无磁偏吹(4)InFocus焊枪设计科学，经久耐用，耗材更换简单，且更易实现机械化和自动化。

本发明的激光-InFocus电弧双面对称复合焊接技术相比于传统的激光-TIG电弧双面对称复合焊接技术主要有以下几个优点：

(1)InFocus电弧电流峰值可以高达1000A，相对于TIG电弧400A的峰值，电流作用力和能量密度较大，可实现匙孔焊接，熔深大，焊接速度快，极大的提高了焊接效率，在焊接中厚板时可使用小功率激光器，极大的降低了成本；