[发明专利]一种激光‑InFocus电弧双焦点复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光-InFocus电弧双焦点复合焊接方法，属于材料加工工程领域。

背景技术

自从上世纪七十年代提出激光-电弧复合焊接方法以后，激光-电弧复合焊接方法得到了广泛的应用，其主要思想是充分利用电弧能量，在较小的激光功率条件下获得较大的焊接熔深，同时提高激光焊接对接焊缝间隙适应性，实现效率高、质量高的焊接过程。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。激光-TIG电弧复合焊接作为一种典型的复合焊接方式，具有很多优点：①降低激光能量输入，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。虽然激光-TIG电弧复合焊接最早开始研究，传统激光-TIG电弧复合焊接一般主要用于薄板高速焊接或者不等厚板焊接，但在应用方面一直没有实质性的进展。

目前，主要是因为激光-TIG电弧焊接存在以下一些问题：

(1)传统的TIG电弧等离子体体积较大，能量密度低，使得焊缝熔深较浅；

(2)当TIG电弧电流较大时，容易导致InFocus焊枪阴极烧损；

(3)相对于激光焊接，激光-TIG电弧复合焊接速度可以到达其两倍以上，但在高速焊接过程中，TIG电弧稳定性较差，焊接质量不易保证；

(4)在薄板焊接时，由于TIG电弧的特性使得进一步提高焊接速度受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对激光-TIG复合焊接存在的问题，提出一种新方法—激光-InFocus电弧双焦点复合焊接新技术。

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

一、焊接前将待焊工件的待焊接部位进行坡口加工，并对加工后的双面坡口及两侧表面进行打磨并清洗，将打磨清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

二、利用夹具将激光头与InFocus焊枪固定，若焊接对象为对焊接激光无反射的材料，则将激光头垂直于焊接对象，调节InFocus焊枪与焊接对象角度至45～60°，并使InFocus焊枪阴极端点距离激光焦平面的距离为2～3mm，两热源作用点相距1～2mm；若焊接对象为对焊接激光有反射的材料，则将InFocus焊枪垂直于焊接对象，调节激光束与水平面的夹角至45～60°，并使InFocus焊枪阴极端点距离激光焦平面的距离为2～6mm，两热源作用点相距1～2mm；

三、设置焊接工艺参数:光斑直径为0.3mm，离焦量在﹣3～﹢3mm，激光功率500～5000W；电弧电流为50～1000A，焊接速度为50～900mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为10～30L/min；

四、采用机器人集成系统控制步骤三设置的焊接工艺参数，首先采用InFocus电弧起弧，在电弧稳定1～2S后，向激光束和电弧相互作用的熔池区域送给焊丝，通过控制机器人使激光工作头和InFocus焊枪共同运动完成焊接过程，即完成所述的激光-InFocus电弧双焦点复合焊接。

激光-InFocus电弧双焦点复合焊接是指将激光与InFocus电弧两种热源互成一定角度共同作用于一个焊接熔池的新方法，如图1所示。激光-InFocus电弧双焦点复合焊接有两种复合方式：复合方式一，激光垂直作用于母材，InFocus电弧与竖直方向呈一定角度作用于母材；复合方式二，电弧垂直作用与母材，而激光与竖直方向呈一定角度作用于母材。

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技术具有传统的TIG焊的优点，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，使其具有一下优点：(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。

基于此，本发明提出了一种新的激光-TIG电弧复合焊接方法——激光-InFocus电弧双焦点复合焊接。