一種激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)，屬于材料加工工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在焊接生產(chǎn)中，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率，降低焊接成本，一直是迫切需要解決的問題。由于具有功率密度高、同等熱輸入量時(shí)熔深大、熱影響區(qū)窄、焊接變形小、焊接速度快等優(yōu)勢，激光在焊接生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是，激光焊接也存在一些不足之處，例如，能量轉(zhuǎn)換和利用率低、焊接成本高，尤其對高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金材料焊接困難；焊接過程不穩(wěn)定，也在很大程度上限制了激光焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍。采用激光填絲焊對減少下塌缺陷、改善焊縫冶金性能、提高間隙適應(yīng)性、實(shí)現(xiàn)厚板多層焊接具有一定的優(yōu)勢，其缺點(diǎn)是焊絲對中要求嚴(yán)格、焊絲會吸收和反射一部分激光能量，焊接質(zhì)量有賴于焊絲的對位精度，焊絲送進(jìn)過程的任何干擾會立即導(dǎo)致焊縫缺陷的產(chǎn)生，且對激光器功率要求較大，焊接成本很高。雙光束焊接的匙孔尺寸大、穩(wěn)定性好，能較好的消除氣孔、改善焊縫成形，但是需要激光功率高、焊接成本高。激光-電弧復(fù)合技術(shù)能夠提高工件對激光的吸收率、增大熔深、提高電弧穩(wěn)定性、減少焊接缺陷，但是同樣存在電弧對激光吸收和散焦嚴(yán)重、電極燒損、焊接方向性，焊接成本高等問題。哈工大陳彥賓教授、苗玉剛博士在國內(nèi)外首先提出了一種新型的鋁合金焊接方法—激光-TIG雙面焊接，如圖所示。在4mm鋁合金薄板焊接中取得了良好的效果，有效的解決了上述問題。但由于傳統(tǒng)TIG電弧的能量分散，在焊接厚板時(shí)也需要較大的激光功率，提高了焊接成本。此外，TIG電弧存在磁偏吹現(xiàn)象，在焊接磁性材料時(shí)會出現(xiàn)焊接質(zhì)量明顯下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在針對激光-TIG雙面焊接中厚板時(shí)，激光功率要求大，導(dǎo)致成本過高等諸多問題，提出一種激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法。本發(fā)明的激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)是指在雙面焊接過程中，激光束和InFocus電弧在工件兩側(cè)同時(shí)對稱加熱，并保持激光束和InFocus焊槍的軸線與工件垂直，如圖2所示。本發(fā)明的一種激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：步驟一:將工件的待焊部位加工成Ⅰ形或Y形坡口，并對加工后的坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗，將打磨和清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；步驟二:在焊接過程中始終保持激光束和InFocus弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為85°～95°；步驟三:設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.1～0.5mm，離焦量為﹣3～﹢3mm，激光功率為500～5000W，InFocus電弧電流為50～1000A，焊接速度為50～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min；步驟四:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行激光和InFocus弧雙面復(fù)合焊接，在工件一側(cè)進(jìn)行激光匙孔焊，另一側(cè)通過InFocus弧進(jìn)行匙孔焊接，進(jìn)行雙面復(fù)合焊接，形成激光-InFocus電弧雙面復(fù)合焊縫。InFocus技術(shù)是一種利用特殊材料設(shè)計(jì)制成的陰極，并且對陰極充分冷卻，使電弧高度聚集于電極尖端，極大的提高了能量密度，電弧穩(wěn)定性和電弧壓力。InFocus技術(shù)與傳統(tǒng)的TIG焊相比具有明顯的優(yōu)勢，尤其在于：(1)低投入，相比等離子弧焊、激光焊接，其設(shè)備成本大幅降低；(2)對裝配要求低；(3)應(yīng)用廣泛，可適用于各種材料焊接，焊接參數(shù)可識別性好；(3)焊接煙塵小，飛濺??；(4)保護(hù)需求與TIG一致；(5)加工穩(wěn)定性和可重復(fù)性好。InFocus電弧受到機(jī)械壓縮并優(yōu)化了陰極冷卻設(shè)計(jì)，使其具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)電弧能量高度集中，能量利用率提高，電流峰值高達(dá)1000A，可進(jìn)行匙孔焊接，焊接熔深顯著增加，深寬比加大，顯著提高了生產(chǎn)效率；(2)電弧等離子體體積減小，氣體保護(hù)效果更好；(3)無磁偏吹(4)InFocus焊槍設(shè)計(jì)科學(xué)，經(jīng)久耐用，耗材更換簡單，且更易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。本發(fā)明的激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)相比于傳統(tǒng)的激光-TIG電弧雙面對稱復(fù)合焊接技術(shù)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)InFocus電弧電流峰值可以高達(dá)1000A，相對于TIG電弧400A的峰值，電流作用力和能量密度較大，可實(shí)現(xiàn)匙孔焊接，熔深大，焊接速度快，極大的提高了焊接效率，在焊接中厚板時(shí)可使用小功率激光器，極大的降低了成本；(2)由于對陰極的強(qiáng)烈冷卻，InFocus電弧受到外部約束大大降低等離子體體積，在焊接過程中，等離子體受到保護(hù)氣的效果更好，電弧壓力大大提高，無磁偏吹產(chǎn)生，提高焊接質(zhì)量；(3)InFocus焊槍可與TIG焊機(jī)良好適配，無需專用電源，設(shè)備成本大幅降低，焊槍可靠耐用，耗材互換性良好；InFocus焊槍設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。附圖說明圖1為激光-TIG雙面焊接示意圖；圖2為激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接示意圖；圖3為用激光-TIG雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，在激光功率為2000W，TIG電流為350A的圖；圖4為用激光-TIG雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，在激光功率為2500W，TIG電流為350A的圖；圖5為用激光-TIG雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，在激光功率為3000W，TIG電流為350A的圖；圖6為用激光-InFocus雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，在激光功率為1000W，InFocus電流為800A的圖；圖7為用激光-InFocus雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，在激光功率為1500W，InFocus電流為800A的圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的一種激光-InFocus電弧雙面對稱復(fù)合焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：步驟一:將工件的待焊部位加工成Ⅰ形或Y形坡口，并對加工后的坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗，將打磨和清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；步驟二:在焊接過程中始終保持激光束和InFocus弧焊槍在一條軸線上，其軸線與工件的夾角為85°～95°；步驟三:設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.1～0.5mm，離焦量為﹣3～﹢3mm，激光功率為500～5000W，InFocus電弧電流為50～1000A，焊接速度為50～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min；步驟四:啟動控制開關(guān)，進(jìn)行激光和InFocus弧雙面復(fù)合焊接，在工件一側(cè)進(jìn)行激光匙孔焊，另一側(cè)通過InFocus弧進(jìn)行匙孔焊接，進(jìn)行雙面復(fù)合焊接，形成激光-InFocus電弧雙面復(fù)合焊縫。在本實(shí)施方式中，InFocus焊槍采用Kjellberg公司生產(chǎn)的InFocus1000A型號的焊機(jī)，在焊接時(shí)可根據(jù)板的厚度調(diào)節(jié)焊接電流的大小。在焊接中，時(shí)刻保持激光束和InFocus焊槍的軸線的連線與工件垂直，激光束和InFocus電弧在工件兩側(cè)同時(shí)對稱加熱，完成焊接。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：所述的復(fù)合焊接是采用激光與InFocus電弧垂直于焊縫方向的并行放置方式進(jìn)行焊接，焊接條件為：使焊槍與激光頭處于同一平面，且該平面垂直于焊縫方向，激光頭位于待焊工件中熔點(diǎn)相對高的工件一側(cè)，且激光束焦點(diǎn)聚焦在對接焊縫待焊工件中熔點(diǎn)相對高的工件一側(cè)的邊緣，激光束與豎直方向夾角為5～30°；InFocus電弧的焊槍位于待焊工件中熔點(diǎn)相對低的工件一側(cè)，且焊槍置于焊縫間隙中心位置處。其它與具體實(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)施方式一不同的是：步驟二中的軸線與工件的夾角為90°～95°。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.2～0.5mm，離焦量為﹣2～﹢2mm，激光功率為100～5000W，InFocus電弧電流為100～1000A，焊接速度為100～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.3～0.5mm，離焦量為﹣1～﹢1mm，激光功率為500～5000W，InFocus電弧電流為200～1000A，焊接速度為200～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.3～0.5mm，離焦量為﹣1～﹢1mm，激光功率為1000～5000W，InFocus電弧電流為300～1000A，焊接速度為300～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.3～0.5mm，離焦量為﹣1～﹢1mm，激光功率為2000～5000W，InFocus電弧電流為400～1000A，焊接速度為400～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.3～0.5mm，離焦量為﹣1～﹢1mm，激光功率為3000～5000W，InFocus電弧電流為500～1000A，焊接速度為500～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.3～0.5mm，離焦量為﹣1～﹢1mm，激光功率為4000～5000W，InFocus電弧電流為600～1000A，焊接速度為600～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三中的設(shè)定焊接工藝參數(shù)：光斑直徑為0.3～0.5mm，離焦量為﹣1～﹢1mm，激光功率為4000～5000W，InFocus電弧電流為700～1000A，焊接速度為700～900mm/min，激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量為10～30L/min，InFocus保護(hù)氣流量為10～25L/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施方式的組合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。通過以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：實(shí)施例1傳統(tǒng)的激光-TIG雙面對稱復(fù)合焊接中，TIG熔深較小(2mm～3mm)，當(dāng)在焊接厚板時(shí)，為了不開坡口一次焊透，則需要采用大功率的激光器，增加了成本。為了與傳統(tǒng)的激光-TIG雙面對稱復(fù)合焊接作比較，本實(shí)施例分別采用激光-TIG雙面對稱復(fù)合焊接方法與激光-InFocus雙面對稱復(fù)合焊接方法焊接10mm厚鋁合金板。首先采用激光-TIG雙面對稱復(fù)合焊接，具體操作步驟如下：步驟一:將工件的待焊部位加工成Ⅰ形坡口,并對加工后的坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨或清洗,將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上步驟二:調(diào)節(jié)TIG焊槍和激光頭的位置、在焊接過程中始終保持激光束和TIG弧焊槍在一條軸線上,其軸線與工件的夾角為85°～95°。步驟三:設(shè)定焊接工藝參數(shù),實(shí)驗(yàn)用光纖激光器時(shí)，激光功率分別為2000W、2500W、3000W。TIG電弧電流固定在350A，焊接速度在500mm/min。激光和TIG保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量在25L/min，InFocus保護(hù)氣流量在15L/min。步驟四:啟動控制開關(guān),進(jìn)行激光和TIG弧雙面復(fù)合焊接，形成激光-TIG電弧雙面復(fù)合焊縫。然后采用激光-InFocus雙面對稱復(fù)合焊接，具體操作步驟如下：步驟一:將工件的待焊部位加工成Ⅰ形坡口,并對加工后的坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨或清洗,將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上步驟二:調(diào)節(jié)InFocus焊槍和激光頭的位置、在焊接過程中始終保持激光束和InFocus弧焊槍在一條軸線上,其軸線與工件的夾角為85°-95°。步驟三:設(shè)定焊接工藝參數(shù),實(shí)驗(yàn)用光纖激光器時(shí)，激光功率為1000W和1500W。InFocus電弧電流在800A左右，焊接速度在500mm/min。激光和InFocus保護(hù)氣均采用Ar氣，激光保護(hù)氣流量在25L/min，InFocus保護(hù)氣流量在15L/min。步驟四:啟動控制開關(guān),進(jìn)行激光和InFocus弧雙面復(fù)合焊接，在工件一側(cè)進(jìn)行激光匙孔焊,另一側(cè)通過InFocus弧也能進(jìn)行匙孔焊接，進(jìn)行雙面復(fù)合焊接,形成激光-InFocus電弧雙面復(fù)合焊縫。用激光-TIG雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，如圖3至5所示，當(dāng)TIG電流接近焊機(jī)的峰值電流達(dá)到350A時(shí)，為了保證焊透，激光功率需要達(dá)到3000W，此時(shí)焊縫成型美觀，焊接變形較小。因此采用激光-TIG雙面對稱焊接10mm鋁合金板需要采用的激光器最小功率為3000w。采用激光-InFocus雙面對稱焊接10mm厚鋁合金板，如圖6和7所示，由于InFocus電弧電流峰值可以高達(dá)1000A，能量密度高，可進(jìn)行匙孔焊接，焊接熔深顯著增加。當(dāng)InFocus電流達(dá)到800A時(shí)，激光功率只需要達(dá)到1500W，就可以實(shí)現(xiàn)完全焊透。此時(shí)焊縫成型美觀，焊接變形較小。因此采用激光-InFocus雙面對稱焊接10mm鋁合金板可以采用功率較小的激光器，大大的節(jié)約了焊接成本。