[发明专利]一种基于激光高频振荡熔池的电弧焊接方法

说明书

本发明公开了一种基于激光高频振荡熔池的电弧焊接方法，所述方法利用电弧热源提供焊接成形所需要的主要能量，借助高频脉冲激光能量振荡熔池，激发熔池高频振荡使熔凝过程形成致密且细晶的熔凝组织结构，其包括如下步骤：1）调整电弧焊枪和激光出射头的相对位置；2）设定电弧电流脉冲与激光脉冲的协同工作模式；3）设定激光束作用模式；4）开启激光器和电弧电源，出射特定参数的激光束，同时引弧使电弧开始工作、金属丝材开始送丝；5）焊接过程结束时，先关停激光束出射，再熄灭电弧，停止送丝，延迟停止保护气，结束全部焊接流程。其能够提高焊缝结构致密度，提高熔池中的异质形核率，促进均匀形核，使熔池凝固过程晶粒生长得以显著细化。

技术领域

本发明涉及复合焊接技术，具体涉及一种基于激光高频振荡熔池的电弧焊接方法。

背景技术

随着科技的高速发展，焊接制造对生产效率、制造精度和制造质量提出了越来越高的要求。同时，高效率、低能耗的现代制造技术已经成为制造领域一个重要的发展方向。电弧焊接技术是一种成熟的焊接制造技术，是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊丝或焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。

电弧焊接技术具有制造成本低、生产效率高用等优点，能够用于大型机械的高效焊接，但相对于激光等高能束热源，电弧的热输入较高，容易造成金属结构内部晶粒组织粗大。电弧作用空间为气体保护下的开放空间，容易形成气孔缺陷。脉冲激光热源具有单脉冲功率高、平均热输入低、能量密度大等特点。将这两种热源结合用于焊接制造，为实现降低制造成本、提升制造效率、保证制造质量带来了新的可能。

CN1943959公开了一种复合热源材料加工方法，在激光-电弧复合热源加工过程中，激光功率输出脉冲与交流电弧在同步脉冲触发信号的控制下，协调控制输出，即激光脉冲峰值功率始终出现在交流电弧负半波区间(ACEN)。该方法的复合方式为：激光与电弧同轴或旁轴；电弧类型为非熔化极惰性气体保护电弧、熔化极气体保护电弧、等离子弧；激光束类型为YAG固体激光束、CO2激光束或二级管激光束等。其有益效果是：能够减少激光能量的损耗，保证激光能量的充分利用，增强交流电弧负半波区间放电，减少加工参数及环境因素对加工稳定性的影响。提高电弧稳定性，改善加工区域的表面成型，增加熔深1-2倍。

CN103056533B一种振荡扫描激光束-电弧复合焊接方法及系统，激光束和电弧一起在大范围空间内沿拼缝运动；与此同时，激光束围绕电弧作用点在局部微小区域内做振荡扫描运动，实际焊接轨迹为两种运动叠加而成的曲线。激光束振荡扫描位移的最优范围为X轴方向-2-3mm，Y轴方向范围为-5-5mm，Z轴方向-2-2mm，振荡频率20-500Hz。在焊接过程中，振荡扫描激光束在焊缝宽度方向的振荡扫描行为将增宽焊缝下部，并通过搅拌效应增强熔池对流，将电弧热量引入下部，进一步增宽焊缝下部，提高整个焊接熔池热量分布的均匀性；振荡激光束进行周期性规则扫描运动，使焊缝下半部分发生重熔，以延长该区域的熔池凝固时间，有利于气泡的逸出。其激光束的作用点为焊缝下部，激光束通过延长熔池处于液相的时间促使气泡逸出，激光振荡频率设置的较低，相应地激光束对整个熔池振荡产生的附加效应有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光高频振荡熔池的电弧焊接方法，其能够提高焊缝结构致密度，提高熔池中的异质形核率，促进均匀形核，使熔池凝固过程晶粒生长得以显著细化。

本发明所述的基于激光高频振荡熔池的电弧焊接方法，利用电弧热源提供焊接成形所需要的主要能量，借助高频脉冲激光能量振荡熔池，激发熔池产生高频振荡，使其熔凝过程形成致密且细晶的焊缝组织结构，所述焊接方法包括如下步骤：

1）将待焊工件固定于焊接平台上，调整电弧焊枪和激光出射头的相对位置，使得激光出射方向与电弧出射方向沿铅锤线对称分布，两者之间的夹角为5~10°，且以工作台前进方向为参照，激光出射作用点在后，电弧热源作用点在前，使得激光能量作用于电弧熔池尾部区域；