本發(fā)明屬于焊接方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法。

背景技術(shù)：

交流TIG氬弧焊應(yīng)用于鋁合金焊接其本質(zhì)上可分為直流正接TIG氬弧焊和直流反接TIG氬弧焊,因此這種方法兼具直流正接TIG氬弧焊和直流反接TIG氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)，既可清理氧化膜又可減少鎢極燒損。而等離子弧焊作為鎢極氬弧焊的進(jìn)階技術(shù)，變極性等離子弧焊(VPPA)技術(shù)同樣兼具交流TIG氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于等離子弧能量密度高、指向性強(qiáng)，更加適用于鋁合金的焊接，1978年馬歇爾飛行中心(MSFC)，Hobart公司將VPPA技術(shù)開(kāi)發(fā)并應(yīng)用到運(yùn)載火箭貯箱縱縫和環(huán)縫的焊接中，至今為止VPPA技術(shù)仍廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

不論是交流TIG氬弧焊還是VPPA技術(shù)都存在一個(gè)共同的問(wèn)題，即在使用過(guò)程中，由于焊接電流頻繁過(guò)零，焊接電弧具有頻繁的熄弧和再引弧過(guò)程，從而使電弧穩(wěn)定性變差，極大的影響了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。而變極性電弧可再引燃必須滿足以下兩個(gè)條件：一是弧柱溫度降低不多，并保持著足夠高的電離度，二是新成為陰極的電極表面尚未失去發(fā)射電子的能力。這就要求電流過(guò)零時(shí)間極短使電弧溫度不至于降低太多，但是實(shí)際應(yīng)用中并不能將電流過(guò)零時(shí)間設(shè)置的極短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有焊接方法的上述不足，進(jìn)一步提高交流電弧焊過(guò)程中電弧的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接，提供了一種激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法。該方法操作簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)多種焊接環(huán)境，在基本不改變現(xiàn)有設(shè)備的情況下，通過(guò)電流過(guò)零時(shí)刻激光的輔助作用，顯著提高交流電弧的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法，通過(guò)交流電弧焊焊接裝置實(shí)現(xiàn)，所述交流電弧焊焊接裝置包括非熔化極焊槍、焊接電源及其控制系統(tǒng)、控制器、工件、激光器；所述非熔化極焊槍、焊接電源及其控制系統(tǒng)和工件構(gòu)成交流弧焊系統(tǒng)的電氣回路，控制器在監(jiān)測(cè)電流值的同時(shí)，根據(jù)設(shè)定閾值使激光僅在電流過(guò)零時(shí)刻施加；

所述交流電弧焊接方法，包括以下步驟：

步驟一：焊接前，將待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，將其固定于焊接工裝夾具上，非熔化極焊槍與激光器位于工件同側(cè)，非熔化極焊槍的軸線與工件垂直，激光器的軸線與非熔化極焊槍的軸線呈α角；

步驟二：進(jìn)行工藝參數(shù)定：焊接電流為40～200A，焊接速度為0-4m/min，非熔化極焊槍弧高為2-8mm，保護(hù)氣流量為5-20L/min，離子氣流量為1.5-4L/min，變極性電流處于正、負(fù)極性的時(shí)間比值為0-1000，激光器開(kāi)啟與關(guān)閉的閾值為設(shè)定電流的10-99％；

步驟三：首先建立正常的交流電弧，通過(guò)控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流值并與設(shè)定的開(kāi)啟和關(guān)閉激光器的閾值比較，當(dāng)電流由正極性變負(fù)極性時(shí)，待監(jiān)測(cè)到電流減小到設(shè)定的閾值時(shí)，開(kāi)啟激光器，使發(fā)出的激光束作用于電弧，待電流過(guò)零后增加到設(shè)定的閾值時(shí)，關(guān)閉激光器，使激光束不再作用于電?。划?dāng)電流由負(fù)極性變正極性時(shí)，待監(jiān)測(cè)到電流減小到設(shè)定的閾值時(shí)，開(kāi)啟激光器，使激光束作用于電弧，待電流過(guò)零后增加到設(shè)定的閾值時(shí)，關(guān)閉激光器，使激光束不再作用于電??；通過(guò)在電流過(guò)零時(shí)激光束的輔助作用增加變極性電流過(guò)零時(shí)電弧的穩(wěn)定性，并循環(huán)往復(fù)，完成焊接。

作為優(yōu)選，焊接過(guò)程中，α角的變化區(qū)間為0-90°，激光作用在電弧上的位置，從工件處到電弧最高處均可以。

作為優(yōu)選，所述的焊接電源為交流、方波或?yàn)樽儤O性焊接電源。

作為優(yōu)選，所述非熔化極焊槍為鎢極氬弧(TIG)焊槍或?yàn)榈入x子弧焊槍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)與傳統(tǒng)的交流非熔化極焊接方法相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于可顯著提升電流過(guò)零時(shí)電弧的穩(wěn)定性，改善焊接質(zhì)量。

2)與傳統(tǒng)的激光-電弧復(fù)合焊接方法相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于激光僅用于維持焊接電弧的能量，保證大電流焊接中電流過(guò)零時(shí)的電弧等離子體的穩(wěn)定存在，因此激光的功率輸出和焊接材料及工況無(wú)關(guān)，采用小功率脈沖激光器即可滿足要求，在焊接厚板時(shí)大幅降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1為激光穩(wěn)弧的交流電弧焊示意圖。

圖2為穩(wěn)弧激光施加時(shí)刻示意圖。

圖中：1、非熔化極焊槍，2、第一焊接電纜，3、焊接電源及其控制系統(tǒng)，4、第二焊接電纜，5、控制器，6、工件，7、激光器，8、激光束，9、電弧，10、第一導(dǎo)氣管路，11、保護(hù)氣瓶，12、第二導(dǎo)氣管路，13、離子氣瓶。

具體實(shí)施方式

以下參考附圖具體的說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

如圖1所示為激光穩(wěn)弧的交流電弧焊示意圖，如圖2所示為穩(wěn)弧激光施加時(shí)刻示意圖。

結(jié)合圖1和圖2對(duì)此焊接方法的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明：

如圖所示，該激光穩(wěn)弧的交流電弧焊焊接裝置主要包括非熔化極焊槍1、第一焊接電纜2、焊接電源及其控制系統(tǒng)3、第二焊接電纜4、控制器5、工件6、激光器7、激光束8、電弧9、第一導(dǎo)氣管路10、保護(hù)氣瓶11、第二導(dǎo)氣管路12、離子氣瓶13；非熔化極焊槍1與激光器7位于工件6同側(cè)，非熔化極焊槍1的軸線與工件垂直，激光器7的軸線與非熔化極焊槍1的軸線呈α角，控制器5在監(jiān)測(cè)電流值的同時(shí)，根據(jù)設(shè)定閾值使激光僅在電流過(guò)零時(shí)刻施加，如圖2所示的波形；其中非熔化極焊槍1、第一焊接電纜2、焊接電源及其控制系統(tǒng)3、第二焊接電纜4和工件5構(gòu)成交流弧焊系統(tǒng)的電氣回路；與該焊接方法有關(guān)焊槍所需的水路和氣路連接方式采用常規(guī)的解法。所以不再具體進(jìn)行說(shuō)明。

此焊接方法包括以下步驟：

步驟1.將非熔化極焊槍1的氣路水路按常規(guī)方法進(jìn)行正確連接；將被焊工件6準(zhǔn)備就緒；將非熔化極焊槍1、工件6等均連接到與焊接電源及控制系統(tǒng)3構(gòu)成的回路中，其中非熔化極焊槍1的軸線垂直工件6；將激光器7的軸線與非熔化極焊槍1的軸線呈α角。

步驟2.將交流弧焊系統(tǒng)和激光系統(tǒng)的電氣回路均接通，進(jìn)行工藝參數(shù)定：焊接電流為40～200A，焊接速度為0-4m/min，非熔化極焊槍弧高為2-8mm，保護(hù)氣流量為5-20L/min，離子氣流量為1.5-4L/min，變極性電流處于正、負(fù)極性的時(shí)間比值為0-1000，激光器開(kāi)啟與關(guān)閉的閾值為設(shè)定電流的10-99％。

步驟3.首先建立正常的交流電弧9，通過(guò)控制器5實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流值并與設(shè)定的開(kāi)啟和關(guān)閉激光器7的閾值比較，當(dāng)電流由正極性變負(fù)極性時(shí)，待監(jiān)測(cè)到電流減小到設(shè)定的閾值時(shí)，開(kāi)啟激光器7，使發(fā)出的激光束8作用于電弧9，待電流過(guò)零后增加到設(shè)定的閾值時(shí)，關(guān)閉激光器7，使激光束8不再作用于電弧9；當(dāng)電流由負(fù)極性變正極性時(shí)，待監(jiān)測(cè)到電流減小到設(shè)定的閾值時(shí)，開(kāi)啟激光器7，使激光束8作用于電弧9，待電流過(guò)零后增加到設(shè)定的閾值時(shí)，關(guān)閉激光器7，使激光束8不再作用于電弧9；通過(guò)在電流過(guò)零時(shí)激光束的輔助作用增加變極性電流過(guò)零時(shí)電弧的穩(wěn)定性，并循環(huán)往復(fù)，完成焊接。焊接過(guò)程中，通過(guò)激光作用于電弧等離子體上，維持電弧等離子體的能量，從而保證焊接電流過(guò)零時(shí)電弧等離子體穩(wěn)定存在。

作為優(yōu)選，焊接過(guò)程中，α角的變化區(qū)間為0-90°；激光束作用于電弧的位置距工件高度為0-弧高，即，激光作用在電弧上的位置，從工件處到電弧最高處均可以。

作為優(yōu)選，所述的焊接電源為交流、方波或?yàn)樽儤O性焊接電源。

作為優(yōu)選，所述非熔化極焊槍為鎢極氬弧(TIG)焊槍或?yàn)榈入x子弧焊槍。

焊接過(guò)程中，通過(guò)α角大小、閾值及激光在電弧中作用位置的調(diào)節(jié)，對(duì)交流電弧的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。

本發(fā)明的激光穩(wěn)弧的交流電弧焊接方法，通過(guò)焊接控制系統(tǒng)建立交流電弧，基于異步控制方法在傳統(tǒng)交流電弧電流過(guò)零時(shí)加入激光，通過(guò)激光對(duì)電弧的輔助作用增加電流過(guò)零時(shí)交流電弧的穩(wěn)定性；通過(guò)對(duì)激光作用角度和作用位置的調(diào)節(jié)，對(duì)激光穩(wěn)弧效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧穩(wěn)定性的有效改善，提高焊接過(guò)程穩(wěn)定性；該焊接方法在傳統(tǒng)交流非熔化極弧焊的基礎(chǔ)上，添加電流過(guò)零時(shí)刻的激光輔助作用，不僅可以提高交流非熔化極弧焊電弧的穩(wěn)定性，而且可以通過(guò)這種穩(wěn)定性的提高，進(jìn)一步提高焊縫質(zhì)量。