[发明专利]一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明提出一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法，属于材料加工工程领域。

背景技术

激光焊接作为一种精密、高效、快速的高能束焊接方法,在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。但常规的激光焊接也存在着一些问题和缺陷,比如激光能量利用率低、装配精度要求高、设备昂贵等。为了解决这些问题,提出了几种新的激光焊接技术:一种是多焦点激光焊接技术,这种焊接方法可以提高激光能量利用率,提高焊接过程的稳定性,改善焊缝质量,同时可降低对装配精度的要求。另一种是复合焊接技术,即采用激光和其他热源共同作为焊接热源,这种工艺可以有效增加熔深,提高效率,还可以在很大程度上改善接头性能,降低设备成本。

作为以上两种解决方案的结合，专利200410069000.3提出了一种双焦点激光-MIG电弧复合焊接方法，可以大大提高激光焊接工艺性能，同时可以降低装配精度的要求，并在一定程度上减小焊接裂纹的产生。本课题组在长期进行激光-电弧复合焊接的基础上提出了专利201410128715.5，一种用于消除铝合金焊接气孔的新方法—双焦点激光-TIG电弧复合焊，经实验证明，其在焊接铝合金时能起到消除气孔的作用。但是由于传统的MIG和TIG焊接熔深小，焊缝的熔深主要由激光决定，因此，在焊接中厚板时就需要较大的激光功率，增加了焊接成本。

发明内容

本发明旨在针对双焦点激光-MIG和双焦点激光-TIG复合焊接中厚板时，激光功率较大，成本过高，从降低成本的角度，提出一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法。

本发明的一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法，它是按照以下步骤进行的：

一、焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

二、将激光和InFocus共同作用在被焊区域，设置几何参数：光斑直径为0.1～0.5mm，离焦量为﹣3～﹢3mm；

三、设置激光与InFocus复合焊接的焊接参数：电弧电流为50～900A，焊枪与竖直方向夹角为25°～55°，焊接速度为100～1000mm/min，送丝速度为100～600mm/min，保护气为惰性气体，保护气的流量为15～30L/min；

四、启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0～2.0s后，发射激光，在激光束和电弧相互作用的熔池区域送给焊丝，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行激光-InFocus电弧焊焊接。

InFocus技术是一种利用特殊材料设计制成的阴极，并且对阴极充分冷却，使电弧高度聚集于电极尖端，极大的提高了能量密度，电弧稳定性和电弧压力。InFocus技术与传统的TIG焊相比具有明显的优势，尤其在于：(1)低投入，相比等离子弧焊、激光焊接，其设备成本大幅降低；(2)对装配要求低；(3)应用广泛，可适用于各种材料焊接，焊接参数可识别性好；(3)焊接烟尘小，飞溅小；(4)保护需求与TIG一致；(5)加工稳定性和可重复性好。

InFocus电弧受到机械压缩并优化了阴极冷却设计，使其具有以下优点：(1)电弧能量高度集中，能量利用率提高，电流峰值高达1000A，可进行匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大，显著提高了生产效率；(2)电弧等离子体体积减小，气体保护效果更好；(3)无磁偏吹(4)InFocus焊枪设计科学，经久耐用，耗材更换简单，且更易实现机械化和自动化。

基于此，本发明提出一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法。

本发明的双焦点激光-InFocus复合焊接，其焊接过程示意图如图1所示。采用两束激光(LB1和LB2)和InFocus电弧共同作用在被焊区域，使焊缝同时受到三个热源的共同作用。两束激光的作用形式可以分为三种，包括沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊缝方向的并列式分布和介于二者之间的交叉式分布。

本发明的方法较以前双焦点激光-电弧复合焊接方法有以下优势：

1、InFocus电弧能量高度集中，能量利用率提高,电流峰值高达1000A，可进行匙孔焊接，产生了类似于三焦点焊接的效果，在InFocus电弧作用下，产生了第一个匙孔，其后两束激光产生的匙孔就能顺利作用于熔池。但InFocus电弧对于装配的需求相比于激光大大降低，也就降低了焊接成本，提高了焊接效率。