[发明专利]一种激光激励超声能场辅助等离子弧填粉焊接方法

说明书

本发明公开了一种激光激励超声能场辅助等离子弧填粉焊接方法，其包括如下步骤：1）将待焊工件固定于焊接平台上，调整等离子弧焊枪和激光出射头的相对位置，使得激光能量作用于等离子弧熔池尾部区域；2）设定等离子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）启动焊接程序；5）焊接过程结束时，先关停激光束出射，再熄灭等离子弧，停止送粉，并延迟停止保护气，结束全部焊接流程。其能够提高焊缝熔凝结构致密度，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

本发明涉及高效焊接制造，具体涉及一种激光激励超声能场辅助等离子弧填粉焊接方法。

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。等离子弧焊接技术是一种成熟的焊接制造技术，广泛的应用于工业生产制造的各行各业。

等离子电弧比GTAW电弧具有更高的能量密度、温度和等离子流速度以及更大的熔透能力。等离子弧焊接具有很多优点：

1、电弧温度高、能量密度大、等离子流力大的等离子弧在熔池产生小孔效应，适合于高效率深熔焊接和单面焊双面成形。

2、等离子弧焊缝热影响区小，焊缝形状非常理想。焊缝两侧的熔合线边缘接近平行，降低了角变形。

3、能量密度大、流速快的等离子弧具有很好的稳定性和挺直性，能量利用率高，可进行高速焊接，相对于激光焊接对工件的装配精度要求显著降低。因此，其焊接生产率显著提高。

等离子弧焊接技术具有制造成本低、生产效率高用等优点，可用于厚大构件深熔焊接制造。结合高稳定送丝或填粉系统，在用于堆焊、喷焊或者焊修等场合具有突出优势。但相对于激光等高能束热源，等离子弧焊接生产制造容易出现气孔缺陷，并且热输入高，容易造成焊缝结构内部组织晶粒粗大。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。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光激励超声能场辅助等离子弧填粉焊接方法，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。

本发明所述的激光激励超声能场辅助等离子弧填粉焊接方法，利用等离子弧热源提供焊接成形所需要的主要能量，借助高频脉冲激光冲击熔池并激励产生熔池超声能场，使熔池熔凝过程形成致密且细晶的焊缝组织结构，其包括如下步骤：

1）将待焊工件固定于焊接平台上，调整等离子弧焊枪和激光出射头的相对位置，使得出射等离子弧倾斜作用于待焊工件表面，出射激光束垂直于待焊工件表面，且以工作台前进方向为参照，激光出射作用点在后，等离子弧热源作用点在前，使得激光能量作用于等离子弧熔池尾部区域；

2）设定等离子弧电流脉冲与激光脉冲的协同工作模式：当等离子弧电流为非脉冲模式时，激光脉冲能量与等离子弧能量为任意匹配；当等离子弧电流为脉冲模式时，激光脉冲与等离子弧电流脉冲的能量匹配包括：当等离子弧电流脉冲与激光脉冲为同步脉冲，在一个能量匹配周期内，脉冲能量匹配为峰值-峰值匹配；需要说明的是，所述的峰值-峰值匹配指的是：在同一能量匹配周期内，当激光脉冲为峰值时，等离子弧电流脉冲也为峰值；当等离子弧电流脉冲与激光脉冲为异步脉冲，激光脉冲频率至少2倍于等离子弧电流脉冲频率，在一个能量匹配周期内，至少包括一个脉冲能量匹配为峰值-峰值匹配，其余脉冲能量匹配为峰值-基值匹配，需要说明的是，所述的峰值-基值匹配指的是：在同一能量匹配周期内，当激光脉冲为峰值时，等离子弧电流脉冲为基值；

3）设定激光束作用模式；