[发明专利]超声辅助脉冲激光-MIG复合热源焊接装置的焊接方法有效

专利信息
申请号: 201610363274.6 申请日: 2016-05-28
公开(公告)号: CN105880852B 公开(公告)日: 2018-11-30
发明(设计)人: 刘佳;石岩;刘双宇;刘凤德;张宏;黄根哲 申请(专利权)人: 长春理工大学
主分类号: B23K28/02 分类号: B23K28/02;B23K26/348;B23K9/173;B23K9/095;B23K20/10
代理公司: 北京国坤专利代理事务所(普通合伙) 11491 代理人: 郭伟红
地址: 130012 *** 国省代码: 吉林;22
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摘要: 发明公开了一种超声辅助脉冲激光‑MIG复合热源焊接装置及其焊接方法,属于焊接技术领域,两个待焊铝合金板按照对接的形式固定在数控工作台上,脉冲激光束通过激光焊接头后、倾斜照射在待焊铝合金板的正面,MIG焊枪置于待焊铝合金板的正面,MIG焊枪中安装焊丝;超声波振动工具头置于待焊铝合金板的背面、两个待焊铝合金板的对接缝中间,超声波振动工具头与变幅杆连接,变幅杆与换能器连接,换能器通过传输线与超声波发生器连接,实现超声波振动工具头相对于待焊铝合金板的往复运动。本发明解决了现有铝合金激光‑电弧复合热源焊接方法易导致焊缝晶粒粗大、易形成较多气孔,从而降低铝合金焊接接头强度的问题。
搜索关键词: 超声 辅助 脉冲 激光 mig 复合 热源 焊接 装置 及其 方法
【主权项】:
1.一种采用超声辅助脉冲激光‑MIG复合热源焊接装置焊接铝合金的方法,其特征在于,具体按照以下步骤进行:步骤一:将两个待焊铝合金板(5)按照对接的形式置于数控工作台(20)上加以固定,要求对接缝隙不超过1.5mm;步骤二:在沿焊接方向上,超声波振动工具头(6)距离焊接区的距离为20‑50mm,超声波振动工具头(6)与待焊铝合金板(5)的接触压力控制在0.2‑0.6MPa之间;步骤三:打开超声波发生器(11),调节动态参数,使超声波振动工具头(6)稳定工作;步骤四:激光焊接头(15)通过管道与第一焊接气体(17)连接,MIG焊枪(4)与弧焊机(16)连接,弧焊机(16)通过管道与第二焊接气体(18)连接,其中,第一焊接气体(17)是体积比20%的氦气+80%的氩气,第二焊接气体(18)是氩气;采用激光器(14)发射脉冲激光束(1),脉冲激光束(1)的倾斜方向与激光扫描方向相同,同时采用MIG电源产生的电弧,通过超声波振动工具头(6)、脉冲激光束(1)和MIG焊枪(4)进行超声辅助脉冲激光‑MIG复合热源焊接,MIG焊枪(4)为直流反接模式;焊接时,脉冲激光束(1)及MIG焊枪(4)的位置保持不变,超声波振动工具头(6)相对于待焊铝合金板(5)往复运动,焊缝(2)通过待焊铝合金板(5)的移动而实现;步骤五:焊接完成后,停止脉冲激光束(1)输出,同时关闭MIG焊枪(4)的电源;步骤六:待脉冲激光束(1)和MIG焊枪(4)的电弧完全终止后,再关闭超声波发生器(11),整个超声辅助脉冲激光‑MIG复合热源焊接过程结束;所述超声辅助脉冲激光‑MIG复合热源焊接装置,MIG焊枪(4)置于待焊铝合金板(5)的正面,MIG焊枪(4)中安装焊丝(3);超声波振动工具头(6)置于待焊铝合金板(5)的背面、两个待焊铝合金板(5)的对接缝中间,超声波振动工具头(6)与变幅杆(7)连接,变幅杆(7)与换能器(8)连接,换能器(8)通过传输线(9)与超声波发生器(11)连接,利用固定的换能器(8)与待焊铝合金板(5)的相对位置,通过变幅杆(7)将换能器(8)产生的机械振动放大、汇聚,并转移至超声波振动工具头(6),实现超声波振动工具头(6)相对于待焊铝合金板(5)的往复运动;脉冲激光束(1)通过激光焊接头(15)后倾斜照射在待焊铝合金板(5)的正面时入射角β为75°‑82°,MIG焊枪(4)与待焊铝合金板(5)表面夹角α为55°‑70°;超声波发生器(11)与超声波发生器外接控制系统(10)连接,超声波发生器(11)通过电源线(12)与超声波发生器外接电源(13)连接,所述数控工作台(20)与数控操作柜(21)连接;所述步骤三中,超声波振动工具头(6)的振幅为5‑10μm,超声波振动工具头(6)的振动频率为50‑200kHz;所述步骤四中,激光光斑与电弧熔滴在工件表面的间距为2‑3mm;脉冲激光束(1)的离焦量为‑1mm至‑2mm;所述步骤四中,MIG焊枪(4)电源的电流为220‑240A、电压为21.2‑21.6V;MIG焊枪(4)电源的类型为普通焊接电源、具有减少短路过渡飞溅功能的电源、颗粒过渡或射流过渡用大电流电源中的任意一种;所述步骤四中,脉冲激光束(1)的激光峰值功率为5‑6kW、脉冲频率为300‑1000Hz、占空比为70‑90%,激光平均功率为4.0‑4.8kW,光斑直径为0.3‑0.4mm;脉冲激光束(1)为脉冲模式下的CO2气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束、半导体激光光束、碟片式激光光束或光纤激光光束中的任意一种,激光器(14)与激光器控制柜(19)连接;所述步骤四中,待焊铝合金板(5)的移动速度为0.8‑1.0m/min,MIG焊枪(4)送焊丝(3)的速度为3.6‑4.2m/min。
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