激光-GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法技术

一种激光

【技术实现步骤摘要】
激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法


[0001]本专利技术涉及激光加工
，具体涉及一种激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法。

技术介绍

[0002]激光
‑
GMA（GMA是熔化极气体保护焊电弧的简称，包括MIG和MAG）电弧复合热源焊接技术具有高速深熔焊接的技术优势，在中薄板焊接中通常采用小坡口设计，此时装配间隙对坡口填充面积的变化量影响较大，而在高速焊接条件下，由于激光
‑
GMA电弧复合热源焊缝的尺寸相对较小，间隙较大的位置容易出现焊缝未填满现象，此外，定位焊点对焊缝表面成形和焊接根部熔透影响也较大，以固定焊接参数焊接时易受定位焊点尺寸的影响，一方面在定位焊点位置出现焊缝表面突起现象，影响焊缝外观；另一方面因定位焊点的存在容易造成根部焊缝无法熔透，在解决因为坡口变化、定位焊点导致的焊缝成形问题时，已有相关技术主要通过激光传感器将坡口尺寸变化与焊接电流建立闭环反馈控制，根据坡口变化适时调节焊接电流大小来改变熔敷金属的量，实现焊接过程自适应调节，但是，目前这种通过直接调节焊接电流（或通过改变送丝速度来间接调节焊接电流）实现焊接自适应的方法存在一个致命缺陷，那就是电流忽大忽小的变化容易导致电弧不稳，影响焊接过程的稳定性和焊接质量，上述直接通过调节焊接电流来实现焊接过程自适应的方法在传统弧焊中也同样存在电弧不稳的突出问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，该方法是在激光
‑
GMA电弧复合高速焊接条件下，通过额外填充焊丝提高复合焊接的熔敷效率，并将该焊丝的送丝速度与焊接坡口面积变化及定位焊点实现自适应匹配控制。
[0004]上述的目的通过以下的技术方案实现：一种激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，该方法其组成包括：控制系统，所述的控制系统分别与送丝机、激光器、激光传感器连接，所述的送丝机将附加填充焊丝送至焊接坡口的位置，所述的附加填充焊丝左侧为GMA电弧，右侧为激光束，利用激光传感器集成通讯系统中的激光传感器检测条纹实时测量焊接坡口的变化，在不增大GMA电弧功率的前提下，通过额外填充焊丝并利用焊接过程的富余热量来实现焊丝的熔化，附加填充焊丝填充量与坡口变化、点位焊点坐标位置形成闭环反馈控制，同时激光功率与定位焊点位置的也实现闭环反馈控制；该方法具体包括如下步骤：（1）将激光束与GMA电弧按照旁轴复合的方式进行复合，并额外填充一根附加的填充焊丝至复合焊熔池，消耗熔池的富余热量来熔化填充焊丝，在不增加焊接热输入的前提下提高熔敷效率；（2）利用激光传感器实时测量坡口变化，将检测数据反馈给控制系统，建立坡口尺
寸变化与附加填充焊丝送丝速度变化的闭环反馈系统；（3）制定标准坡口试样并计算在无间隙装配时的坡口横截面填充面积A0，通过试验选择基础工艺参数确保标准试样的可靠填充和良好成形，基础工艺参数包括：焊接速度V、激光功率P0、焊接电流I、电弧电压U、附加焊丝的送丝速度V
f0
；（4）制定定位焊缝焊接参数及定位焊缝横截面尺寸控制标准，使得定位焊缝横截面面积A1与单独以送丝速度V
f0
熔化附加焊丝形成焊缝的横截面面积相同；（5）建立不同坡口面积A
i
对应的附加填充焊丝送丝速度V
fi
工艺数据库；（6）在上述步骤（3）中焊接基础工艺参数条件下，通过试验获得可实现定位焊点位置根部可靠熔透的激光功率P1；（7）焊接过程中，激光传感器对焊接坡口面积A
i
进行实时检测，附加填充焊丝控制系统根据检测到的坡口面积数据并依据工艺数据库来闭环调整附加焊丝的送丝速度，确保焊接全程焊缝均匀填充；（8）焊接过程中，激光传感器也对定位焊点位置进行实时检测，并将检测到的位置实时反馈给控制系统，控制系统减小附加填充焊丝的送丝速度，防止在焊缝表面因定位焊点的存在而导致焊缝表面凸起，同时增大激光功率至P1，确保焊缝根部熔透。
[0005]所述的激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，当遇到定位焊缝时，若瞬时的附加焊丝送丝速度V
fi
≤V
f0
，则在整个定位焊缝区间，附加焊丝的送丝速度降为0；若此时瞬时的附加焊丝送丝速度V
fi
>V
f0
，则在整个定位焊缝区间，附加焊丝的送丝速度降为V
fi
‑
V
f0
。
[0006]所述的激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，当遇到定位焊缝时，控制系统将激光功率由P0增大到P1，激光功率P1可以确保定位焊缝横截面尺寸波动
±
15%的根部熔透性。
[0007]所述的激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，附加填充焊丝在垂直于焊接方向上沿一定频率和摆幅进行摆动，以确保填充焊丝后焊缝金属铺展良好，焊丝摆动频率在0～100 HZ，摆幅在0
‑
5 mm。
[0008]所述的激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，该焊接方法适应于中薄板单道焊接或中板多层单道焊接，附加送丝速度根据坡口面积变化率δ
Ai
数值并依据工艺数据库进行调整，数据库的建立以δ
Ai
=0.05%作为最小识别单位，坡口面积变化值δ
Ai
不足0.05%的，控制系统不对其进行调整。
[0009]有益效果：1.本专利技术是一种激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，该方法在原有专利技术专利ZL201410092005.1的基础上，提出了一种激光
‑
GMA电弧复合热源自适应填丝焊接方法，该方法在不增大GMA电弧功率的前提下，通过额外填充焊丝并利用焊接过程的富余热量来实现焊丝的熔化，附加焊丝填充量与坡口变化、点位焊点坐标位置形成闭环反馈控制，同时激光功率与定位焊点位置的也实现闭环反馈控制，确保在坡口间隙变化、定位焊点等复杂工况条件下焊缝表面的良好成形以及定位焊点位置的根部焊缝可靠熔透。
[0010]2.本专利技术中附加填充的焊丝本身不产生电弧，其变化不影响焊接电弧的稳定性，很好地解决了电流忽大忽小的变化容易导致电弧不稳，影响焊接过程的稳定性和焊接质量的突出问题，同时也是一种高效的焊接新方法。
[0011]3.本专利技术突出的优势在于：（1）在焊接电流固定不变的条件下，通过附加焊丝填充量的调节，实现了焊接工艺随坡口尺寸变化的自适应，解决了靠直接调整焊接电流的传统自适应方式而导致的电弧不稳定问题；（2）解决了中薄板焊接中定位焊点位置的焊缝表面突起问题和根部难以可靠熔透问题；（3）在确保激光
‑
GMA电弧复合热源焊接热输入不变的条件下，通过额外填充焊丝显著增大了复合焊接过程的焊丝熔敷效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
‑
GMA电弧复合热源填丝自适应焊接方法，该方法其组成包括：控制系统，其特征是：所述的控制系统分别与送丝机、激光器、激光传感器集成通讯系统连接，所述的送丝机将附加填充焊丝送至焊接坡口的位置，所述的附加填充焊丝左侧为GMA电弧，右侧为激光束，利用激光传感器检测条纹实时测量焊接坡口的变化，在不增大GMA电弧功率的前提下，通过额外填充焊丝并利用焊接过程的富余热量来实现焊丝的熔化，附加填充焊丝填充量与坡口变化、点位焊点坐标位置形成闭环反馈控制，同时激光功率与定位焊点位置的也实现闭环反馈控制；该方法具体包括如下步骤：（1）将激光束与GMA电弧按照旁轴复合的方式进行复合，并额外填充一根附加的填充焊丝至复合焊熔池，消耗熔池的富余热量来熔化填充焊丝，在不增加焊接热输入的前提下提高熔敷效率；（2）利用激光传感器实时测量坡口变化，将检测数据反馈给控制系统，建立坡口尺寸变化与附加填充焊丝送丝速度变化的闭环反馈系统；（3）制定标准坡口试样并计算在无间隙装配时的坡口横截面填充面积A0，通过试验选择基础工艺参数确保标准试样的可靠填充和良好成形，基础工艺参数包括：焊接速度V、激光功率P0、焊接电流I、电弧电压U、附加焊丝的送丝速度Vf0；（4）制定定位焊缝焊接参数及定位焊缝横截面尺寸控制标准，使得定位焊缝横截面面积A1与单独以送丝速度Vf0熔化附加焊丝形成焊缝的横截面面积相同；（5）建立不同坡口面积Ai对应的附加填充焊丝送丝速度Vfi工艺数据库；（6）在上述步骤（3）中焊接基础工艺参数条件下，通过试验获得可实现定位焊点位置根部可靠熔透的激光功率P1；（7）焊接过程中，激光传感器对焊接坡口面积Ai进行实时检测，附加填充焊丝控制系统根据检测到的坡口面积数据并依据工艺数据库来闭环调整附加焊丝的送丝速度，确保焊接全程焊缝均匀填充；（8）焊接过程中，激光传感器也对定位焊点位置进行实时检测，并将检测到的位置实时反...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷振，徐良，徐富家，杨海锋，王旭友，张彦东，李荣，陈晓宇，蒋宝，曹浩，徐楷昕，李林，
申请(专利权)人：哈焊国创青岛焊接工程创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：