[发明专利]一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法

说明书

本发明创造提供的一种低合金钢低功率激光‑电弧复合全位置焊接方法，采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0‑2mm；激光束是垂直入射，激光焦点的位置设置在母材表面之下所需熔深的1/4位置；根据焊接位置、板厚、坡口形式、焊接速度、焊接电流确定相匹配的激光功率，其范围是：100‑600W。本发明创造的有益效果是：通过低功率激光‑MAG复合焊的复合方式、热源间距、倾斜角度、激光功率、激光离焦量等参数的控制，可实现低合金钢板材的全位置焊接过程，焊接速度为单纯电弧热源焊接的3～5倍，使得在较小能耗下也能高效实现低合金钢全位置焊的高质量焊接成型。

技术领域

本发明创造属于材料焊(连)接技术领域，尤其是涉及机械制造、船舶、汽车、轨道交通装备、石油化工、海洋装备、压力容器及军工等技术领域的一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法。

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，利用两种不同作用的热源相互作用，发挥其各自的优势，同时弥补了对方的不足，具有独特的优势：①高效率，低能耗；②增加焊缝熔深，稳定焊接电弧；③与激光焊相比，提高了焊接适应性，适用于批量生产过程；④通过合理的参数调节，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；电弧热源主要有：TIG，GMA,Plasma电弧等；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。

国际上已将激光-电弧复合焊技术应用于汽车、船舶、航天航空、石油化工等工业领域，在改善产品质量、提高生产效率、处理负责工况、降低生产能耗、实现绿色环保等方面取得了显著的效果。国内激光-电弧复合焊技术的研发及应用尚处于起步阶段。因此，基于激光-电弧耦合特点和激光-电弧复合焊参数的影响规律，研发低合金钢低功率激光-电弧复合焊接技术在冶金、机械、船舶、汽车、管道、石油化工、海洋装备、压力容器及军工等领域具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

激光-电弧复合焊可分为高功率激光-电弧复合焊和低功率激光-电弧复合焊，在高功率激光-电弧复合焊中，激光的输出功率大于1千瓦，且激光起主要作用，电弧为辅助热源作用；在低功率激光-电弧复合焊中，激光的输出功率小于1千瓦，是利用激光与电弧进行耦合产生的效应进行焊接，低功率激光对电弧具有诱导增强的作用，可以表现出整体更优良的焊接特性。

虽然近年来激光-电弧复合焊接技术得到了飞速的发展，但是主要是以4-6kw的高功率激光与电弧进行复合，高功率激光-电弧复合焊接技术本身就是以激光为主要热源，电弧为辅助热源，虽然具备熔深大、间隙容忍度高等优势，但是由于激光功率高导致等离子过度膨胀问题引起焊接过程的不稳定，并且目前激光装置的光电转化效率不高，高功率的激光的能量损失会很大，造成过度的能量浪费现象。以焊接厚度为20mm的低碳钢板对接接头为例，同样的焊接成型效果下，相比高功率激光电弧复合焊，低功率激光-电弧复合焊接的能耗可以降低80％左右，因此激光的功率越低，相应的能量损耗就越少。目前关于低功率激光-电弧复合焊的研究还处于物理机制的理论研究阶段，实验室条件下也主要是针对镁合金或者铝合金开展，针对低碳钢的研究较少；同时，低功率激光-电弧复合焊的焊接工艺的研究也处于起步阶段，且各类焊接工艺也仅围绕于平焊位置的范畴，这显然无法满足实际生产中全自动化焊接的要求。

发明内容

本发明创造要解决的问题是提供一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法，将低功率激光-电弧复合焊接技术应用到低合金钢的焊接生产过程中，该技术系统地研究了使用低功率YAG脉冲激光与MAG焊复合焊枪，焊接低合金钢在平焊、平角焊，横焊，立焊，仰焊位置的焊接工艺，实现了较小能耗下的高质量焊接成型。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法，该方法包括有以下步骤：

(1)根据焊接位置设定复合方式和热源间距：复合方式采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0-2mm；