[发明专利]一种激光-电弧复合焊接气体保护装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光‑电弧复合焊接气体保护装置及方法，属于焊接技术领域。本发明激光‑电弧复合焊接气体保护装置包括沿周向设置的至少三个保护气喷管，所有保护气喷管能够共同形成围绕熔池的环形保护气流。本发明激光‑电弧复合焊接气体保护方法是形成围绕熔池的环形保护气流。本发明在环形气流的约束下，保护气流散的现象得到极大改善，焊缝处保护气的浓度与冷却效果得到增强，对高温熔池的保护效果更佳。同时，高速环状运动的气流，有助于复合焊中等离子体向四周漂移，可有效避免因等离子体漂移所导致的对焊接激光的屏蔽效应，能够实现更为高效的激光‑电弧复合焊接。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种激光-电弧复合焊接气体保护装置及激光-电弧复合焊接气体保护方法。

背景技术

先进复合材料由于高比强度、优良的疲劳性能等一系列优点，使其在继铝合金、钛合金后成为大型飞机的又一重要结构材料，可起到减轻机体重量，延长维护间隔时间及降低运行成本的目的，带来多方面的综合效益。复合材料越来越多地应用于飞机主承载结构上，其应用范围与水平也成为衡量大型飞机先进性的重要标志之一。Invar合金(因瓦合金)作为一种含Ni 35-36％的镍基合金，具有与复合材料相近的热膨胀系数，且Invar钢模具具有较长的服役寿命和低的生产成本，逐渐广泛应用于大型复合材料结构件的生产制造。由于大型飞机复合材料的尺寸都较大，为满足生产需要，大尺寸、大厚度的Invar合金模具的加工成型成为一大难题，焊接是较为常用的一种方法。大量研究结果表明，传统的针对大厚板的多层多道电弧焊存在焊缝晶粒粗大、熔深较浅、焊后变形严重、生产效率低下等问题。特别是在Invar合金厚板焊接过程中，由于母材Ni含量较高导致熔池液态金属流动性较差、润湿效果差，极易产生未焊透、根部未熔合等缺陷，焊件残余应力也较大。

针对此问题，常采用激光-MIG(熔化极惰性气体保护焊，metal inert-gaswelding)复合焊这一新型高效的焊接工艺对厚板Invar合金模具进行成型加工。激光和MIG电弧作为双重热源同时作用在一个熔池中，通过激光引导并稳定电弧，同时，电弧又能够提高焊件对激光的吸收率，增强熔滴过渡桥接能力。复合焊技术将物理机制与能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既充分发挥了电弧焊和激光焊的优势，又弥补了各自的不足，能较好地满足Invar合金模具的生产加工需求，极具应用前景。同时，采用激光-MIG复合焊易于实现厚板窄间距焊接，可有效减小传统复合焊接熔池过宽、HAZ过大的缺陷；避免Invar合金模具在交变热载荷服役条件下热裂纹缺陷的产生。

在TIG或MIG焊接中，保护气体直接影响电弧焊接特性，同时对高温熔池的良好保护避免了焊缝与空气接触导致的吸氢、吸氧，决定了焊接工艺稳定性、焊缝成型和接头性能。显然，在激光-MIG复合焊接工艺中，保护气体对工艺过程和焊缝成型同样具有重要的影响和作用，其研究具有重要的理论与工程意义。目前已有的使用保护气体进行高温熔池保护的技术通常是在焊接头侧面加装保护气体导管，像熔池喷射保护气体，避免高温熔池与空气接触，从而保证焊缝成型与接头性能。该方法是在熔池上空形成一定厚度的保护气层，但气体流速不能太高，因此不能有效地控制等离子体的漂移及其产生的激光屏蔽作用，对高温熔池的保护效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够对焊接形成更有效气体保护的激光-电弧复合焊接气体保护装置及激光-电弧复合焊接气体保护方法。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种激光-电弧复合焊接气体保护装置，包括沿周向设置的至少三个保护气喷管，所有所述保护气喷管能够共同形成围绕熔池的环形保护气流。

进一步地，各个所述保护气喷管的喷气方向均为同一圆柱体、同一圆台或者同一圆锥的切线方向。

进一步地，所述激光-电弧复合焊接气体保护装置还包括安装架，各个所述保护气喷管均设置于所述安装架上；各个所述保护气喷管均能够相对于所述安装架在水平方向运动、在竖直方向运动和/或转动。