專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光液態(tài)填充焊的熔絲方法。
背景技術(shù)：
激光焊接具有許多傳統(tǒng)焊接方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，但激光自熔焊仍存在許多局限性，如對(duì)接頭間隙要求嚴(yán)格，允許的間隙量最大不超過(guò)板厚的10%，無(wú)法改變焊縫的化學(xué)成分等，因此在很多情況下必須采用激光填絲焊工藝。有研究表明，激光填絲焊不僅可以提高間隙的適應(yīng)性，改變焊縫合金成分，還能改善激光與工件的能量耦合性。與激光自熔焊相比，激光填絲焊形成的焊縫表面更光滑、均勻，尤其是在焊接鋁合金時(shí)。激光填絲焊可以很好地解決接頭加工精度對(duì)激光焊接應(yīng)用的限制問(wèn)題，不過(guò)其參數(shù)控制復(fù)雜，送絲精度要求嚴(yán)格，生產(chǎn)中須配備焊接過(guò)程自適應(yīng)控制系統(tǒng)，因此一般在工業(yè)界并不愿意采用。激光填絲焊過(guò)程，送絲位置與送絲速度的波動(dòng)、焊絲對(duì)光的反射作用都會(huì)引起進(jìn)入工件的激光能量變化。而且，為提高焊接質(zhì)量，焊絲尖端基本上是接觸到匙孔邊緣，容易對(duì)熔池與匙孔的穩(wěn)定性造成較大干擾。工業(yè)生產(chǎn)中的很多情況進(jìn)行激光焊接時(shí)必須采用填絲工藝，如拼板對(duì)接、T型接頭構(gòu)件的角焊縫焊接、厚板激光焊接等。但是激光填絲焊工藝在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還存在一些不足，如焊材的穩(wěn)定熔化與填充。中國(guó)專(zhuān)利《TIG電源輔助的雙TIG復(fù)合熱源焊接設(shè)備及方法》，
公開(kāi)日為2011. 04. 06，和中國(guó)專(zhuān)利《一種冷金屬過(guò)渡的焊接方法及其裝置》，
公開(kāi)日為2012. 03. 14，公開(kāi)的通過(guò)電阻熱和電弧產(chǎn)熱對(duì)焊絲進(jìn)行加熱，可以提高焊接熱輸入量，增加熔化速度，從而獲得高的熔敷速度。但是它存在電弧熔深較小，不能進(jìn)行高速焊接，接頭變形量大，焊接效率低的問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利《激光一超小電流GMA復(fù)合熱源焊接方法》，
公開(kāi)日為2009. 01. 21，公開(kāi)的焊接方法復(fù)合熱源焊接中GMA電弧采用的平均電流為15A 30A，但是它采用的是MIG電源，焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生飛濺的缺陷，從而影響焊縫成形。由于焊接電流與送絲速度成正比，隨著送絲速度的增大，焊接電流也會(huì)增大，對(duì)母材的熱輸入增大，從而引起焊接工件的變形，因此在高速焊接中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)超小電流的的激光-GMA復(fù)合熱源的焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有激光填絲焊的熔絲方法存在焊絲在焊接過(guò)程中熔化穩(wěn)定性差、送絲精度要求嚴(yán)格、焊接效率低以及焊縫質(zhì)量差的問(wèn)題，而提出一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法。本發(fā)明中的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法按以下步驟進(jìn)行一、將MIG焊槍與振動(dòng)送絲裝置相連，TIG電源的一極與MIG焊槍相連，另一極與母材相連，TIG電源采用直流正接、直流反接或交流的電流輸出形式；二、啟動(dòng)激光器，使激光在母材上形成熔池，激光的輸入類(lèi)型為連續(xù)輸出或脈沖輸
三、引燃輔助電弧加熱焊絲，同時(shí)啟動(dòng)送絲裝置以及振動(dòng)裝置，保證焊絲在電弧的作用下持續(xù)熔化，并在振動(dòng)的狀態(tài)下持續(xù)送進(jìn)，其中送絲裝置與MIG焊槍相連；四、熔滴逐漸長(zhǎng)大，在機(jī)械振動(dòng)力和重力的輔助作用下，使熔滴克服表面張力，以單個(gè)液滴的形式過(guò)渡到熔池中。本發(fā)明的機(jī)理采用TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，從而達(dá)到預(yù)熔焊絲的目的，讓填充金屬以液滴形式過(guò)渡到熔池中，并以高頻振動(dòng)方式進(jìn)行填送，在輔助機(jī)械力作用下促進(jìn)焊絲端部熔化金屬的快速分離與過(guò)渡。本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)I、焊絲主要依靠焊接電流熔化，激光能量主要用于形成熔池，既可避免激光因熔化焊絲產(chǎn)生的能量損耗與熱輸入波動(dòng)，又可減少填充金屬對(duì)匙孔的直接沖擊，而且還可以降低送絲精度；2、由于采用具有陡降特性的TIG電源，送絲速度獨(dú)立于焊接電流，因而能夠更好的控制焊縫成形，對(duì)于開(kāi)坡口的焊縫，能得到較好的側(cè)壁熔合性；3、在頻率可調(diào)的機(jī)械振動(dòng)作用下，熔滴過(guò)渡頻率加快，熔敷效率明顯提高；由于熔滴以細(xì)小顆粒形式進(jìn)入熔池，有利于減少氣孔、未熔合等缺陷，焊縫組織細(xì)密，組織均勻性好;4、由于使用小電流熔絲，對(duì)母材產(chǎn)生的熱影響較小，所以接頭變形量??；5、利用激光等離子體對(duì)電弧根部的壓縮、吸引作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高速焊接。


圖I為激光液態(tài)填充焊工作原理示意圖，其中α為送絲角度，d為光絲間距；圖2振動(dòng)送絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3激光液態(tài)填充焊部分焊縫的縱剖面氣孔分布圖；圖4傳統(tǒng)激光填絲焊部分焊縫的縱剖面氣孔分布圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法按以下步驟進(jìn)一、將MIG焊槍與振動(dòng)送絲裝置相連，TIG電源的一極與MIG焊槍相連，另一極與母材相連，TIG電源采用直流正接、直流反接或交流的電流輸出形式；二、啟動(dòng)激光器，使激光在母材上形成熔池，激光的輸入類(lèi)型為連續(xù)輸出或脈沖輸出；三、引燃輔助電弧加熱焊絲，同時(shí)啟動(dòng)送絲裝置以及振動(dòng)裝置，保證焊絲在電弧的作用下持續(xù)熔化，并在振動(dòng)的狀態(tài)下持續(xù)送進(jìn)，其中送絲裝置與MIG焊槍相連；四、熔滴逐漸長(zhǎng)大，在機(jī)械振動(dòng)力和重力的輔助作用下，使熔滴克服表面張力，以單個(gè)液滴的形式過(guò)渡到熔池中。本發(fā)明的機(jī)理采用TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，從而達(dá)到預(yù)熔焊絲的目的，讓填充金屬以液滴形式過(guò)渡到熔池中，并以高頻振動(dòng)方式進(jìn)行填送，在輔助機(jī)械力作用下促進(jìn)焊絲端部熔化金屬的快速分離與過(guò)渡。本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)I、焊絲主要依靠焊接電流熔化，激光能量主要用于形成熔池，既可避免激光因熔 化焊絲產(chǎn)生的能量損耗與熱輸入波動(dòng)，又可減少填充金屬對(duì)匙孔的直接沖擊，而且還可以降低送絲精度；2、由于采用具有陡降特性的TIG電源，送絲速度獨(dú)立于焊接電流，因而能夠更好的控制焊縫成形，對(duì)于開(kāi)坡口的焊縫，能得到較好的側(cè)壁熔合性；3、在頻率可調(diào)的機(jī)械振動(dòng)作用下，熔滴過(guò)渡頻率加快，熔敷效率明顯提高；由于熔滴以細(xì)小顆粒形式進(jìn)入熔池，有利于減少氣孔、未熔合等缺陷，焊縫組織細(xì)密，組織均勻性好;4、由于使用小電流熔絲，對(duì)母材產(chǎn)生的熱影響較小，所以接頭變形量?。?、利用激光等離子體對(duì)電弧根部的壓縮、吸引作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高速焊接。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中所述TIG電源的電流為1A、0A，引弧的方式為高頻引弧，TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，在激光前方預(yù)熔焊絲。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是步驟一中所述TIG電源的電流為5A10A。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是步驟一中所述TIG電源的電流為30A。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟二中所述激光器為Nd =YAG激光器、CO2激光器或光纖激光器。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟二中所述送絲裝置的送絲速度為O. 2m/min 10m/min,焊絲直徑為O. 8mnT3mm,送絲角α為0° 80° ,焊絲干伸長(zhǎng)控制在10mnTl7mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟二中所述送絲裝置的送絲速度為O. 5m/min 5m/min,焊絲直徑為O. 9mnTl. 5mm,送絲角α為10° 70° ,焊絲干伸長(zhǎng)控制在12mnTl6mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟二中所述送絲裝置的送絲速度為2m/min，焊絲直徑為I. 0mm，送絲角α為50°，焊絲干伸長(zhǎng)控制在15_。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟二中所述振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率為3. 5Hf 30Hz。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟二中所述振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率為4. 5Hz。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)
5
實(shí)驗(yàn)一一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法按以下步驟進(jìn)行一、對(duì)厚度為2. Omm鋁合金板的表面進(jìn)行除油和除氧化膜處理除油用丙酮在鋁合金板表面擦拭2遍，再進(jìn)行除氧化膜處理，先用質(zhì)量百分比濃度為8%的氫氧化鈉溶液對(duì)鋁合金板進(jìn)行浸泡8min后，用清水沖洗干凈，再用質(zhì)量百分比濃度為30%的硝酸溶液對(duì)鋁合金板進(jìn)行浸泡3min后，用清水沖洗干凈，將鋁合金板吹后，鋁板采用對(duì)接的形式，對(duì)接間隙為0mm，使用夾具將鋁合金板固定在行走機(jī)構(gòu)上；二、送絲機(jī)構(gòu)的送絲速度為2. 5m/min，焊絲直徑為I. 0mm，焊絲干伸長(zhǎng)控制在15mm，送絲角α為50°，在送絲機(jī)構(gòu)中安裝振動(dòng)裝置使焊絲沿填送方向產(chǎn)生快速往復(fù)振動(dòng)，振動(dòng)頻率為4. 5Hz，送絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2，圖2中I是焊絲，2是壓絲輥輪，3是送絲軟管，4是焊絲盤(pán)固定銷(xiāo)，5是焊絲盤(pán)，6是送絲輥輪，7是振動(dòng)裝置，8是MIG焊槍?zhuān)瑘D中箭頭所指的方向?yàn)檎駝?dòng)方向；三、采用TIG電源，卸下TIG焊機(jī)的焊炬，安裝上MIG焊炬，采用直流反接，填充焊絲為正極，鋁合金工件為負(fù)極，TIG電源的電流為30A，引弧的方式為高頻引弧，TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，在激光前方預(yù)熔焊絲，激光束沿焊接母材表面呈基本垂直方向施加。圖I是激光液態(tài)填充焊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖I中I是焊絲，2是壓絲輥輪，3是送絲軟管，4是焊絲盤(pán)固定銷(xiāo)，5是焊絲盤(pán)，6是送絲輥輪，7是振動(dòng)裝置，8是MIG焊槍?zhuān)?是TIG電源，10是保護(hù)氣噴嘴，11是激光束，12是鋁合金板，圖中單箭頭所指的方向?yàn)楹附臃较?；四、使用的保護(hù)氣為氬氣，保護(hù)氣采用旁軸保護(hù)方式，保護(hù)氣流量為15L/min，背面保護(hù)氣流量為18L/min ；五、采用光纖激光器，功率為1.6kW、焊接速度為2m/min，激光束的輸出類(lèi)型為連續(xù)輸出，光絲距為1mm。實(shí)驗(yàn)一所獲得的鋁合金焊接件，由于熔滴以細(xì)小顆粒形式進(jìn)入熔池，焊縫組織細(xì)密，組織均勻性好；焊絲主要依靠焊接電流熔化，激光能量主要用于形成熔池，這樣就提高了焊絲的熔化穩(wěn)定性，同時(shí)也將焊接效率提高了 109Γ20%。通過(guò)與激光填絲焊作對(duì)比實(shí)驗(yàn)觀察焊件的氣孔情況，焊接完成后，截取焊道中心部分，采用線切割方法，沿焊縫中心縱向剖開(kāi)。剖開(kāi)后的縱截面形貌如圖3和圖4所示，從圖4中可看到，激光填絲焊的焊件中出現(xiàn)了大氣孔，而圖3中液態(tài)填充焊的焊件中沒(méi)有大氣孔，從而解決了傳統(tǒng)激光填絲焊焊接鋁合金容易產(chǎn)生氣孔的問(wèn)題。而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊絲與激光不對(duì)中時(shí)，焊絲與激光的偏移量在I. Omm范圍內(nèi)仍能夠得到很好的焊縫成型，從而解決了傳統(tǒng)的激光填絲焊的對(duì)中精度要求高的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于它是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、將MIG焊槍與振動(dòng)送絲裝置相連，TIG電源的一極與MIG焊槍相連，另一極與母材相連，TIG電源采用直流正接、直流反接或交流的電流輸出形式； 二、啟動(dòng)激光器，使激光在母材上形成熔池，激光的輸入類(lèi)型為連續(xù)輸出或脈沖輸出； 三、引燃輔助電弧加熱焊絲，同時(shí)啟動(dòng)送絲裝置以及振動(dòng)裝置，保證焊絲在電弧的作用下持續(xù)熔化，并在振動(dòng)的狀態(tài)下持續(xù)送進(jìn)，其中送絲裝置與MIG焊槍相連； 四、熔滴逐漸長(zhǎng)大，在機(jī)械振動(dòng)力和重力的輔助作用下，使熔滴克服表面張力，以單個(gè)液滴的形式過(guò)渡到熔池中。
2.如權(quán)利要求I所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟一中所述TIG電源的電流為1A、0A，引弧的方式為高頻引弧，TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，在激光前方預(yù)熔焊絲。
3.如權(quán)利要求I所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟一中所述TIG電源的電流為5A 80A，引弧的方式為高頻引弧，TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，在激光前方預(yù)熔焊絲。
4.如權(quán)利要求I所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟一中所述TIG電源的電流為30A，引弧的方式為高頻引弧，TIG電源在焊絲與工件之間建立微弧，在激光前方預(yù)熔焊絲。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟二中所述激光器為Nd =YAG激光器、CO2激光器或光纖激光器。
6.如權(quán)利要求5所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟二中所述送絲裝置的送絲速度為O. 2m/mirTl0m/min，焊絲直徑為O. 8mnT3mm，送絲角α為0° 80°，焊絲干伸長(zhǎng)控制在10mnTl7mm。
7.如權(quán)利要求5所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟二中所述送絲裝置的送絲速度為O. 5m/min 5m/min,焊絲直徑為O. 9mnTl. 5mm,送絲角α為10° 70°，焊絲干伸長(zhǎng)控制在12mnTl6mm。
8.如權(quán)利要求5所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟二中所述送絲裝置的送絲速度為2m/min，焊絲直徑為I. 0mm，送絲角α為50°，焊絲干伸長(zhǎng)控制在15mm。
9.如權(quán)利要求6所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟二中所述振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率為3. 5Hz 30Hz。
10.如權(quán)利要求6所述的一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，其特征在于步驟二中所述振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率為4. 5Hz。
全文摘要
一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，它涉及激光液態(tài)填充焊的熔絲方法，本發(fā)明要解決現(xiàn)有激光填絲焊的熔絲方法存在焊絲在焊接過(guò)程中熔化穩(wěn)定性差、送絲精度要求嚴(yán)格、焊接效率低以及焊縫質(zhì)量差的問(wèn)題。本發(fā)明中一種激光液態(tài)填充焊的熔絲方法按以下步驟進(jìn)行一、將MIG焊槍與振動(dòng)送絲裝置相連，TIG電源的一極與MIG焊槍相連，另一極與母材相連；二、啟動(dòng)激光器，使激光在母材上形成熔池；三、輔助電弧加熱焊絲，同時(shí)啟動(dòng)送絲裝置以及振動(dòng)裝置；四、熔滴逐漸長(zhǎng)大，在機(jī)械振動(dòng)力和重力等力的輔助作用下，使熔滴克服表面張力，以細(xì)小顆粒過(guò)渡到熔池中。本發(fā)明可應(yīng)用于金屬激光液態(tài)填充焊連接工程領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B23K28/02GK102922150SQ20121044379
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者李俐群, 陳彥賓, 彭進(jìn) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)