[发明专利]空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法

说明书

本发明提供一种空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法。针对空心钨极电弧填丝焊接过程中，空心钨极电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子流速明显降低，导致焊丝熔化能力差，焊接过程熔敷效率不高的问题，本发明包括如下步骤：将待焊工件进行打磨或清理，并将打磨或清洗后的待焊工件固定;调整激光与空心钨极轴心相对位置，使激光从空心钨极中心穿过。采用旁轴送丝，调整焊丝送进角度和位置，使激光穿过空心钨极后，直接照射到焊丝表面；设置空心钨极电弧参数与激光参数；开启控制开关，产生空心钨极电弧，从空心钨极中心入射激光至电弧区域，并直接作用到焊丝表面。本发明用于空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法。

技术领域

本发明涉及一种空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法。

背景技术

钨极惰性气体保护焊（TIG）作为一种传统的电弧焊接技术之一，具有电弧稳定性好、可靠性高、能够实现高品质焊接、得到优良的焊缝等优点，在航空航天、石油化工、海洋工程等多个领域有广泛的应用。然而，由于钨极的承载电流有限，且电弧易扩散不集中，所以TIG焊的功率密度受到制约，熔敷速度小，焊接速度不高和生产效率低。随着现代制造业的发展，对TIG焊接的自动化和机械化和优质高效的电弧焊接工艺提出了迫切需求。

空心钨极电弧是指在传统的钨极惰性气体保护焊的基础上，通过改变钨极形状，将实心钨极更换为空心钨极，从而改变了焊接电流密度分布和电弧压力形态，极大降低了电弧压力，采用大直径钨极和大电流时，也能保证很好的焊缝成形，很大程度上推进了钨极氩弧焊向着高生产率的方向发展。另外，采用空心钨极电弧与其他热源复合能够实现同轴复合，降低了焊枪空间尺寸的同时，降低了热源的非对称性，可方便的实现复杂路径的自动焊接、熔敷及增材制造。

然而，当采用空心钨极时，由于钨极轴心为中心孔，电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子流速明显降低，这导致了热源焊丝熔化能力差，填充焊丝时焊接过程熔敷效率不高。针对此问题，利用激光作为辅助热源增加焊丝的熔化速度，具有解决该问题的潜质。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前钨极轴心为中心孔，电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子流速明显降低，这导致了热源焊丝熔化能力差，填充焊丝时焊接过程熔敷效率不高的问题，提供一种激光穿过钨极中心孔后，激光斑点直接作用焊丝表面，实现激光-空心钨极电弧联合加热熔化焊丝的空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：焊接前，将待焊工件进行打磨或清理，并将打磨或清洗后的待焊工件固定;

步骤二：调整激光与空心钨极轴心相对位置，使激光从空心钨极中心穿过。采用旁轴送丝，调整焊丝送进角度和位置，使激光穿过空心钨极后，直接照射到焊丝表面；

步骤三：设置空心钨极电弧参数与激光参数，设置空心钨极TIG焊接电流150-350A，激光功率为10 ~ 6000 W，焊接速度为0.1-1m/min，选择焊丝直径为0.8-2.4mm，激光的斑点直径不大于焊丝直径；

步骤四：开启控制开关，产生空心钨极电弧，从空心钨极中心入射激光至电弧区域，并直接作用到焊丝表面。焊丝被空心钨极电弧和激光联合加热熔化后过渡至焊接熔池，形成空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接。

所述的空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法，激光采用激光器为CO₂气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；激光输出为连续激光或脉冲激光。

所述的空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法，激光为双光束激光，双光束激光的激光功率配比连续可调，光束排布方式360度连续可调。

所述的空心钨极电弧同轴激光复合填丝焊接方法，激光为扫描激光，激光扫描路径的几种典型包括“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形和正弦波形等，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向。