[发明专利]基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法。

背景技术：

气体保护电弧焊（Shielded Arc Welding）仍然是目前在工业领域中应用范围最广、最普遍的一类焊接工艺方法，其中钨极惰性气体保护焊（TIG）和熔化极气体保护焊（GMAW）是最常用的两种气体保护电弧焊方法。与TIG焊工艺相比，GMAW焊接工艺具有焊接速度快、填充效率高等典型技术优势，是一种更为高效的弧焊工艺。根据保护气体的类型不同，又可以将GMAW电弧焊分为CO₂气体保护焊、惰性气体熔化极电弧焊（MIG）和混合气体熔化极电弧焊（MAG）。与TIG焊相比，尽管GMAW电弧焊具有更高的焊接效率，但GMAW电弧焊一直无法用于对焊缝洁净程度要求较高（如核电制造领域）的不锈钢、镍基合金等高纯材料的焊接，主要原因有两个方面：其一，无论是CO₂气体保护焊还是MAG焊（MAG焊通常在惰性气体中加入少量的CO₂或O₂），在焊接不锈钢、镍基合金等高性能金属材料时，保护气体中加入的氧化性气体CO₂或O₂会导致了焊缝金属中C、O等杂质的增加，严重影响了焊缝金属的冶金性能，因此CO₂气体保护焊和MAG焊不能在核电设备、航空航天等对冶金性能要求极高的高端产品的制造中应用；其二，采用惰性气体（Ar、He）保护的MIG焊焊接碳钢、不锈钢、镍基合金时，由于保护气中无氧化性气体，且熔池中缺少氧化物的存在，电弧的阴极斑点（采用直流反接）难以固定，随焊接过程的进行而不停漂移，表现为电弧飘动、挺度不足，焊接过程极其不稳定，因此MIG焊不能用于碳钢、不锈钢、镍基合金等金属材料的焊接，正因为如此，在核电等高端设备的不锈钢、镍基合金焊接制造中，仍然大量采用焊接效率低的TIG填丝焊接方法，TIG填丝焊由于采用纯Ar保护，焊缝金属洁净程度高，冶金质量好，但其最大的焊接技术问题是焊接生产效率低，特别是在涉及上述高纯金属材料的大面积堆焊及厚板的多层多道填充焊时，TIG填丝焊焊接效率低的技术缺点会严重影响工件的制造周期。

传统的采用了具有电弧稳定性好、焊接热输入低的先进“冷金属过渡电弧”（简称CMT，是一种具有精确波形控制的GMAW电弧），利用激光与电弧的相互作用，解决了在惰性气体保护氛围下CMT电弧无法稳定焊接不锈钢、镍基合金的技术难题。但是，该发明仅仅适用于先进的CMT电弧，特别是在单层单道焊缝的焊接中效果最好，而在堆焊及厚板多层多道焊中容易在焊缝的搭接位置出现熔合不良的缺陷。此外，如果将CMT电弧更换为普通的MIG电弧，也就是说采用激光-MIG电弧复合焊进行不锈钢、镍基合金的焊接，虽然其电弧的稳定性较单独MIG电弧的稳定性有了很大的提高，但是焊缝的成形仍不够好，主要体现在焊缝焊趾位置的铺展性不好。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于光束扫描的铁或镍基材料激光-MIG复合堆焊方法，该方法包括：将沿一定轨迹扫描的激光束与惰性气体保护的MIG电弧复合进行铁基、镍基金属材料的焊接，合理匹配激光功率、扫描频率、激光摆幅可使被焊工件的激光扫描区域接近或达到熔化状态，由此实现对焊道轨迹的提前预热作用，激光束在垂直于焊接方向上可以沿圆形、椭圆形、矩形或锯齿形路径进行扫描，激光扫描功能靠集成在激光焊枪内部由电机驱动的一组或两组反射镜实现，反射镜可以在一定的频率范围内按照上述轨迹和一定的摆幅实现摆动，从而实现激光束在工件表面的扫描，进而实现焊接。

所述的一种基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法，所述的复合方式采用旁轴复合，激光在前，电弧在后，光丝间距为1～10mm，所述的激光束可以沿圆形、椭圆形、矩形或锯齿形路径进行扫描，所述的激光功率≥500 W，所述的激光扫描频率在2～500 HZ，所述的激光束摆幅A在1/3B～B范围内，B为焊缝熔宽。