[发明专利]一种激光扫描‑TIG复合熔池震荡焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及到高精度激光焊接制造技术领域，尤其涉及到一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法。

背景技术

当前激光焊接由于能量密度大，热输入低，焊接变形小，焊接效率高，焊接质量好，在汽车、造船、航空和航天、核电等国民经济的重要领域开始得到广泛的应用和推广。

激光-TIG复合焊接可以将激光焊接和TIG焊接两种方法的优势结合起来，获得较好的焊接质量，并利用激光和电弧的相互吸引增强效应，获得更大的熔深和更高的效率。但由于激光能量密度高、焊接速度快，焊缝凝固时温度梯度较大，导致晶粒粗大，这在一定程度上影响焊接接头的机械性能。而激光-TIG焊的熔深较深，熔宽窄，对焊缝边缘的润湿性和铺展性不强，在厚板窄间隙焊接中很容易导致侧壁未熔合或者层间未熔合问题。另外，激光-TIG复合焊由于激光作用焊缝的位置固定不变，这对有差异性的两块焊件焊接时很难调控两侧的热量分布，难以得到好的焊接质量。

发明专利CN101716701A提出了激光-GMA电弧复合焊接装置实现摆动焊接的方法，焊接时，电弧焊枪基本保持不动，激光束聚焦焊枪在焊接电弧前呈“S”形来回摆动，适用于解决10mm以上的中厚板焊缝层间和侧壁未熔合、夹渣、气孔等缺陷等问题。而哈尔滨焊接研究所学位论文“不锈钢纯Ar保护激光扫描_CMT复合焊接研究”提出了激光扫描-CMT的复合焊接方法，激光在电弧前扫描，延长了熔池边沿液态金属的凝固时间，有利于熔池金属向焊缝边沿铺展，最终获得成形规则、稳定的焊缝。可以看出，现有技术中仅提出了激光扫描与GMA进行复合的焊接方法，且只有S形摆动轨迹。而现有技术中指出了激光扫描与CMT的复合，但仅研究了对称的沿焊缝坡口截面线性往复扫描轨迹。对其他的焊接方法和扫描轨迹都没有涉及。

另外，通常通过外加超声、电磁、电弧、机械等方式对熔池进行搅拌，可以降低熔池的温度梯度，改善凝固结晶过程，提高形核率和促进等轴晶的形成，减少成分偏析，加快气孔溢出，抑制缺陷等。但由于需外加辅助装置，枪头部分往往较大，往往在一定程度上限制了焊枪的可达性。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种激光扫描-TIG复合焊接方法，本发明既高效、又能降低温度梯度、改善凝固结晶过程，具有良好的润湿铺展性并具有可选择区域性激光加热。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法，通通过激光扫描和TIG焊接复合实现，其特征在于，包括：

焊接时，选择激光扫描坡口在前，TIG焊枪焊接在后，或者TIG焊枪焊接在前，激光扫描坡口在后的两种复合焊接方式，而激光扫描熔池的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，激光扫描坡口两侧的范围相同或不同，或者激光仅扫描坡口的一侧。

上述技术方案中，所述激光与所述TIG焊枪之间的角度范围在15-60度。

上述技术方案中，所述激光中心点与TIG焊枪的电弧电极的熔池中心的距离范围为1-6mm。

上述技术方案中，所述TIG焊枪的电极尖端至工件的距离范围为1-5mm。

上述技术方案中，设置激光功率范围在20-6000W，电弧功率范围在500-5KW，而激光扫描频率范围在2-200Hz,扫描范围在0-10mm。

上述技术方案中，所述激光扫描焊接熔池的轨迹为圆形、椭圆、正弦、三角形或者为选择性地特定的区域的扫描轨迹。

上述技术方案中，所述激光扫描焊接熔池的轨迹为直线往复或者横向来回摆动的扫描轨迹。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

相比与激光-TIG复合焊接，除了电弧与激光的相互耦合增强作用，增加了熔深，同时通过高速扫描熔池，实现了熔池的搅拌作用，改善了凝固结晶过程，细化了晶粒、改善了组织，抑制了气孔等缺陷。

相比与电磁搅拌、超声搅拌等搅拌形式更加灵活，可以容易地改变扫描的频率、幅值、扫描的轨迹、扫描的区域等，对于改善凝固结晶过程、抑制焊接缺陷等更加有利。

激光为非接触性热源，可以远距离对熔池进行扫描，因此相比于电磁搅拌等需要附加装置，其可达性更好。

在搅拌熔池的同时，由于激光与电弧之间具有相互的耦合增强作用，还可以显著增加熔深、提高焊接效率。

对有差异性的两种材料的连接，可以通过选择特定的范围和区域进行扫描，这对于具有差异性材料的连接具有较大的优势。通过有选择性的扫描，减少和平衡两种金属的热差异性，从而改善难焊材料的焊接适应性。

附图说明