專利名稱：一種激光-等離子弧雙面復合焊接方法
技術領域：
本發明屬于焊接技術領域，特別涉及一種激光-等離子弧雙面復合焊接工藝方法。
背景技術：
激光-電弧復合熱源焊接技術由英國學者W. Steen于20世紀70年代末期首次提出，其主要思想就是有效利用激光能量，實現在較小的激光功率條件下獲得較大的焊接熔深，同時提高激光焊接對焊縫間隙的適應性，實現高效率、高質量的焊接過程。目前，激光-電弧復合焊接技術已成功用于造船、汽車、儲存容器制造和管線焊接領域，其優點是能夠提高焊接速度、增加可焊材料的截面厚度、減少設備和焊接變形，同時，還可以改善臨界疲勞工況下的焊接外形。但是，激光-電弧復合焊也存在一些問題1)激光束要穿過弧柱才能達到工件表面，當電弧電流較大時激光能量的損耗嚴重；2)電極直接暴露于激光等離 子體中，易受污染、燒損嚴重；3)旁軸復合時，電弧與激光束成一定角度，引起復合熱源在工件上的作用區域為非對稱分布，當電流增大到一定程度后，激光與電弧的作用點產生嚴重分離。因此，開發一種穩定和實用的激光-電弧復合熱源焊接工藝，成為亟待解決的問題。目前，國內外對激光焊、激光-電弧復合焊及其雙面焊工藝及設備有一些研究和報道。例如美國專利號為US7759603的專利文件中記載了一種激光-電弧復合焊接方法和設備，激光功率由閉合的控制電路來控制以適應復合焊中電弧的輸出功率；中國專利號為200910165663. 8的專利文件記載了微束等離子弧和激光復合焊接方法，該方法首先將微束等離子弧發射槍和激光束發射槍固定，提供以恒定速度移動的工件，并形成微束等離子弧前置的方式，利用微束等離子弧對工件的焊接部分表面進行初始熔化，隨后使激光束照射到焊接部分，從而加深微束等離子弧熔焊的熔深，完成焊接；中國激光，2007，28(12)中刊登的鋁合金激光-鎢極氬弧雙面焊的焊接特性，記載了一種激光-鎢極氬弧雙面焊接新工藝，該工藝充分利用了激光-鎢極氬弧兩種熱源相互作用的優勢，不僅可以獲得穩定可靠的焊接過程與美觀的焊縫成形，實現了在小功率(l.OkW)激光條件下4mm厚鋁合金的可靠連接。雖然這些技術內容與本發明有一定的聯系，但與本發明申請具有本質的區別。
發明內容
本發明的目的在于為提高金屬焊接效率、減少焊接變形、改善焊接質量、降低焊接成本，本發明提出了一種激光-等離子弧雙面復合焊接新工藝。為實現上述目的，本發明采取了如下技術方案
步驟I :將工件的待焊部位加工成I形或Y形坡口，并對制成的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗；
步驟2 :焊接前，將工件固定在焊接工裝夾具上；
步驟3 :調節等離子弧焊槍和激光頭的位置、保持激光束和等離子弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為80° -100°。
步驟4 :設定焊接工藝參數，激光功率P在O. 5kff-10kff,焊接電流J在50A-500A之間，焊接速度為 10cm/min-200cm/min。步驟5 :啟動控制開關，進行激光和等離子弧雙面復合焊接，這樣在工件一側進行激光深熔焊，另一側通過等離子弧焊槍進行雙面復合焊接，形成激光-電弧雙面復合焊縫。本發明的有益效果在于
I、激光與電弧雙面對稱焊，避免了激光與電弧同側復合時電弧對激光能量的吸收，并利用電弧的預熱作用，大大提高工件對激光的吸收率，使得激光能量的利用率大幅增加。2、激光加熱在電弧作用區產生的“局部高溫度梯度區”或穿透的激光等離子體會導致電弧收縮，提高電弧的能量密度，增加電弧的焊接效率。3、激光加熱產生的“局部高溫度梯度區”或穿透的激光等離子體還能夠吸引焊接電弧，使得焊接熔滴向坡口的根部順利過渡，提高電弧及其熔滴過渡的穩定性，有利于控制 焊縫成形、改善焊接質量。4、利用激光和電弧對稱加熱時形成的熱集聚區效應，使熱量不易散失，可以大幅度地提高激光和電弧焊的熔深，提高熱源的能量利用率，可實現中厚壁管道的高效、優質連接。5、與激光焊一樣，等離弧焊接得到的焊縫深寬比也很大，當采用該方法有望解決中厚板金屬的一次焊接雙面成形問題。6、采用此方法，有望大幅度提高雙熱源復合焊中電弧能量所占的比例，且不會造成激光能量的任何損失，真正實現高效、低成本的優勢，具有很大的工程實用價值。7、該系統焊接工藝穩定并具有很強的焊接適應性，不僅可用黑色金屬的焊接，還可用于有色金屬的焊接。
圖I是激光-等離子弧雙面復合焊接工藝示意圖。圖2為激光-等離子弧填絲雙面復合焊接工藝示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述
具體實施方式
一
結合圖1，它是激光-等離子弧雙面復合焊接工藝的實施方式，基于本實施方式的單熔化極電弧-激光雙面復合焊接裝置的焊接方法步驟如下
步驟I :將工件3的待焊部位加工成I形坡口，并對制成的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗；
步驟2 :焊接前，將工件3固定在焊接工裝夾具上；
步驟3 :調節等離子弧焊槍I和激光頭5的位置、保持激光束4和等離子弧焊槍I在一條軸線上，其軸線與工件3的夾角為80° -100°。步驟4 :設定焊接工藝參數，激光功率P在O. 5kff-10kff,焊接電流/在50A-500A之間，焊接速度為 10cm/min-200cm/min。步驟5 :啟動控制開關，進行激光和等離子弧雙面復合焊接，這樣在工件3 —側進行激光深熔焊，另一側通過等離子弧焊槍進行雙面復合焊接，形成激光-電弧雙面復合焊縫6。
具體實施方式
二
結合圖2，它是激光-等離子弧雙面復合焊接工藝的實施方式，基于本實施方式的單熔化極電弧-激光雙面復合焊接裝置的焊接方法步驟如下
步驟I :將工件的待焊部位加工成Y形坡口，并對制成的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗；
步驟2 :焊接前，將工件3固定在焊接工裝夾具上；
步驟3 :調節等離子弧焊槍I和激光頭5的位置、保持激光束4和等離子弧2在一條軸線上，其軸線與工件3的夾角為80° -100°，通過在等離子弧2側利用送絲機構7添加填 充焊絲8，填充焊絲伸出長度為15-30mm。步驟4:根據工件厚度和焊接位置分段設定焊接工藝參數，激光功率P在
O.5kff-10kff,焊接電流J在50A-500A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min，填充焊絲直徑在O. 8-2. Omm之間，送絲速度為I. 0-10m/min。。步驟5 :啟動控制開關，進行激光和等離子弧雙面復合焊接，這樣在工件3 —側進行激光深熔焊，另一側通過等離子弧焊槍與送絲機構進行激光-等離子弧填絲雙面焊接，形成激光-電弧雙面復合焊縫6。
權利要求
1.一種激光-等離子弧雙面復合焊接方法，其特征在于包括如下步驟； 步驟I :將工件的待焊部位加工成I形或Y形坡口，并對制成的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗； 步驟2 :焊接前，將工件固定在焊接工裝夾具上； 步驟3 :調節等離子弧焊槍和激光頭的位置、保持激光束和等離子弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為80° -100° ； 步驟4 :設定焊接工藝參數，激光功率P在O. 5kff-10kff,焊接電流J在50A-500A之間，焊接速度為 10cm/min-200cm/min ； 步驟5 :啟動控制開關，進行激光和等離子弧雙面復合焊接，這樣在工件一側進行激光深熔焊，另一側通過等離子弧焊槍進行雙面復合焊接，形成激光-電弧雙面復合焊縫。
全文摘要
本發明公開了一種激光-等離子弧雙面復合焊接方法，其特征在于包括如下步驟；步驟1將工件的待焊部位加工成I形或Y形坡口，并對制成的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗；步驟2焊接前，將工件固定在焊接工裝夾具上；步驟3調節等離子弧焊槍和激光頭的位置、保持激光束和等離子弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為80°-100°；步驟4設定焊接工藝參數，激光功率P在0.5kW-10kW，焊接電流I在50A-500A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min；步驟5啟動控制開關，進行激光和等離子弧雙面復合焊接，這樣在工件一側進行激光深熔焊，另一側通過等離子弧焊槍進行雙面復合焊接，形成激光-電弧雙面復合焊縫。本發明提出了一種激光-等離子弧雙面復合焊接新工藝能夠提高金屬焊接效率、減少焊接變形、改善焊接質量、降低焊接成本。
文檔編號B23K28/02GK102886612SQ201210357600
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者李迅波, 苗玉剛, 曾志 申請人:電子科技大學