一种激光-熔化极电弧复合焊接方法技术

本发明专利技术公开一种激光

【技术实现步骤摘要】
一种激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法


[0001]本专利技术涉及材料加工工程
，特别是涉及一种激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法。

技术介绍

[0002]近年来，国防军工、海洋工程、核电等领域对于高性能金属材料焊接效率、接头质量及工况适应能力都提出了更高的要求，而现有焊接方法均不能实现焊缝成形与接头性能同步调控，并且对于复杂结构件的焊接具有工程应用的局限性。由于单一扫描热源对熔池的搅动力度有限，因此对焊接气孔的抑制效果并不明显，仍存在许多不足，比如：
①
厚壁窄间隙焊接，高速焊接或焊接坡口较小时易产生侧壁未熔合、气孔、夹渣等缺陷；
②
厚壁构件焊接道数多，多层多道焊接时焊接热输入不断累积，焊缝组织粗大，接头易软化；
③
难以实现中厚板一次性单面焊双面成型；
④
熔敷速度低，降低了中厚板、厚板焊接生产效率；
⑤
激光光斑直径小，对焊丝位置的指向性要求也较为苛刻；
⑥
对于机械加工困难、焊接装配难度大的长对接焊缝或T型角焊缝，焊接间隙的微小变化就能影响整条焊缝的单面焊双面成型质量，易出现焊漏或焊不透。为此，需开发一种可以实现焊缝成形与接头力学性能同步调控的高效、优质的焊接新方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够在高性能金属材料焊接时，使得焊缝成形美观、焊缝组织成分可控、接头性能可调且工况适用性强。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]本专利技术提供一种激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一，依据被焊材料的金属特性、结构特点及应用需求的不同，进行多股绞合焊丝中单根焊丝成分设计、焊丝结构选择、捻制参数设置；
[0007]步骤二，分别调节扫描激光与旋转电弧的路径、频率、幅度，设置扫描激光和旋转电弧的焊接参数及扫描激光和旋转电弧的耦合参数；
[0008]步骤三，通过步骤二的调节，将扫描激光和旋转电弧形成一个复合热源共同作用于工件，并形成一个焊接熔池，开始实施焊接。
[0009]相比于单一扫描激光焊接技术，本专利技术上述焊接方法利用扫描激光与旋转电弧对熔池的双重搅动作用，不仅可以加强对熔池的搅动力度，还可以通过扫描激光与旋转电弧的摆动路径、幅度、频率等参数的设置，实现双摆动热源定向、适度的搅动，第一摆动热源形成的熔融金属对第二摆动热源形成的熔融金属有引流的作用，这样第一摆动热源产生的气孔就会顺着第二摆动热源的流体方向溢出，这样循环往复，熔融金属流向一直朝着开口处流动，使焊接气孔不仅可以从熔池上方溢出还可以沿着第二摆动热源的旋转方向排除，从而增加焊接气孔的溢出通道，有效地降低了焊接气孔率，此外，双重摆动热源对熔融金属的
搅动可以使焊缝组织细化、成分均匀化；相比于多股绞合焊丝熔化极气体保护焊接技术，激光的加入可以提高旋转电弧的稳定性，激光具有收缩电弧的作用，增强了多股绞合焊丝融化过程金属滴落的指向性，提高了焊接过程稳定性，优化了焊缝成形；通过调节扫描激光与旋转电弧的摆动幅度的调节，可以实现焊缝熔宽(正宽、背宽)的有效控制，双重摆动热源可以增加焊缝金属熔融态停留时间，有利于增加焊缝熔深，从而实现中厚板或T型结构高效、优质的单面焊双面成形，提高对接焊缝间隙容忍度；选用多股绞合焊丝替代传统焊丝，不仅可以提高厚壁构件的焊接效率，而且通过旋转电弧有规律的搅动可以有效避免窄间隙焊接侧壁未熔和，此外，扫描激光能量作用面积增大可以最大化发挥多股绞合焊丝高效熔敷特性，有利于提高厚壁构件焊接效率；通过对多股绞合焊丝成分设计、结构搭配、捻制参数设定可以实现焊缝化学成分与冶金反应调控，满足特殊服役环境下对焊接接头某一力学性能的特定需求。
[0010]可选的，所述多股绞合焊丝为圆形结构，所述多股绞合焊丝采用多根单丝绞合而成。
[0011]可选的，步骤一中的捻制参数包括捻距、捻角、螺旋线长度和捻制圆周长。
[0012]可选的，所述旋转电弧的路径为圆形；旋转电弧的幅度为旋转电弧在旋转过程中实现的旋转距离，与多股绞合焊丝直径呈正比；旋转电弧的频率指单位时间内旋转电弧旋转的次数，当捻制参数一定时，旋转电弧的频率与送丝速度成正比。
[0013]可选的，所述扫描激光的路径包括圆形、线性、“8”字或“∞”型；所述扫描激光的幅度为光束在不同扫描路径下实现的扫描距离；所述扫描激光的频率为光束在单位时间内的扫描次数。
[0014]可选的，所述扫描激光和旋转电弧的焊接参数及两者之间的耦合参数还包括激光功率、离焦量、焊接速度、电流、电压、送丝速度、光丝间距。
[0015]可选的，旋转电弧的频率与多股绞合焊丝旋转频率相同，计算方法为：
[0016][0017]式中，f——为多股绞合焊丝旋转频率；L——为多股绞合焊丝捻距；V——为送丝速度；t——为焊接时间；扫描激光的频率为旋转电弧的频率的n倍，n＝1，2，3，4
……
。
[0018]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0019]本专利技术旨在通过优化后的扫描激光与旋转电弧复合而成的具有双重摆动特性的激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法，通过双重摆动复合热源对焊缝熔池的双重搅动作用，实现对焊接温度场分布及熔池流动状态的控制，从而消除焊接气孔，使焊缝组织、成分更加均匀化，通过绞合焊丝结构、成分、捻制参数的设计满足焊接接头单一力学性能的特定化需求，从而实现高性能金属材料焊缝成形与接头性能的同步调控，此外，利用双重摆动复合焊接热源更优的工况适应能力，实现双重摆动特性的激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法的工程化应用。同其它焊接技术相比，扫描激光
‑
旋转电弧复合焊接技术具有如下显著优势。综上所述，利用扫描激光与旋转电弧复合焊接技术，可实现高性能金属材料焊接提质增效的目的。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术多股绞合焊丝结构示意图；
[0022]图2为本专利技术扫描激光和旋转电弧两热源同轴同向的排布方式示意图；
[0023]图3为本专利技术扫描激光和旋转电弧两热源同轴异向的排布方式示意图；
[0024]图4为本专利技术扫描激光和旋转电弧两热源双轴同向的排布方式示意图；
[0025]图5为本专利技术扫描激光和旋转电弧两热源双轴异向的排布方式示意图；
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
‑
熔化极电弧复合焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，依据被焊材料的金属特性、结构特点及应用需求的不同，进行多股绞合焊丝中单根焊丝成分设计、焊丝结构选择、捻制参数设置；步骤二，分别调节扫描激光与旋转电弧的路径、频率、幅度，设置扫描激光和旋转电弧的焊接参数及扫描激光和旋转电弧的耦合参数；步骤三，通过步骤二的调节，将扫描激光和旋转电弧形成一个复合热源共同作用于工件，并形成一个焊接熔池，开始实施焊接。2.根据权利要求1所述的激光
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熔化极电弧复合焊接方法，其特征在于：所述多股绞合焊丝为圆形结构，所述多股绞合焊丝采用多根单丝绞合而成。3.根据权利要求1所述的激光
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熔化极电弧复合焊接方法，其特征在于：步骤一中的捻制参数包括捻距、捻角、螺旋线长度和捻制圆周长。4.根据权利要求1所述的激光
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熔化极电弧复合焊接方法，其特征在于：所述旋转电弧的路径为圆形；旋转电弧的幅度为旋转电弧在旋转过程中实现的旋转距离，与多...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓梅，武鹏博，黄瑞生，徐锴，徐富家，滕彬，孙谦，杨义成，王猛，曹浩，蒋宝，张彦东，李荣，陈晓宇，
申请(专利权)人：哈尔滨焊接研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：