專利名稱：一種高強(qiáng)鋁合金激光-mig復(fù)合焊接技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種高強(qiáng)鋁合金激光-MIG復(fù)合焊接技 術(shù)。
背景技術(shù)：
焊接技術(shù)是現(xiàn)代制造工業(yè)中不可缺少的關(guān)鍵制造技術(shù)，已經(jīng)滲透到現(xiàn)代機(jī)械制造 業(yè)的各個生產(chǎn)領(lǐng)域。優(yōu)質(zhì)、高效成為衡量一種焊接方法和焊接工藝是否優(yōu)良的標(biāo)志?，F(xiàn)我國車輛用鋁合金主要以鋁-鋅-鎂系的7A52、7A05和7A09等高強(qiáng)鋁合金為 主，它們具有高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。目前，對于該類材料主要采用MIG焊、TIG焊和激 光焊等焊接方法。但由于鋁合金具有高的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率等因素，導(dǎo)致常規(guī)單一的TIG 焊、MIG焊接方法獲得的焊接結(jié)構(gòu)變形較大、焊接效率較低等問題。鋁合金由于具有高的激 光反射率，從而影響激光的吸收率和加重設(shè)備的負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有MIG焊、TIG焊和單激光焊等焊接方法在焊接高強(qiáng)鋁 合金中所存在的不足，提供一種焊接熔深大、焊接效率高、工件變形小、裝配要求低、熔池搭 橋能力強(qiáng)、易于集成等特點的一種高強(qiáng)鋁合金激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)。本發(fā)明的構(gòu)思在于通過激光與MIG電弧這兩種不同物理性質(zhì)和能量傳輸機(jī)制的 熱源相互作用、相互疊加而形成一種作用在同一熔池的高能效熱源，通過兩熱源的相互協(xié) 調(diào)作用和復(fù)合，使作用到熔池的激光具有高的能量吸收率和橋聯(lián)性，并能降低激光焊時的 等離子體密度，MIG焊由于激光的加強(qiáng)作用，提高了熔深，提高了焊接過程的穩(wěn)定性，改善了 焊縫的成型。發(fā)明原理當(dāng)激光功率較低時，其對電弧的吸引和壓縮能力較弱，產(chǎn)生的等離子 體也較弱，這時可通過降低MIG焊接電壓，提高復(fù)合焊電弧能量密度，提高焊接熔深。當(dāng)激 光功率較大時，其對電弧的吸引和壓縮能力較強(qiáng)，產(chǎn)生的等離子體也較強(qiáng)，這時可通過提高 MIG焊接電壓，降低電弧等離子體密度，以達(dá)到降低激光等離子體的密度，從而減小激光穿 透等離子體的能量損耗和光的折射。當(dāng)MIG電流較小時，通過減小熱源間距提高激光的吸 收率，當(dāng)MIG電流較大時，通過增加熱源間距避免激光通過電弧中心的高密度的離子體，從 而減小激光能量損耗和光的折射。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種高強(qiáng)鋁合金激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)， 其特征在于該技術(shù)包括下列步驟a、設(shè)定復(fù)合方式和焊槍角度復(fù)合方式采用激光焊在前、MIG焊在后同步方式進(jìn)行；焊槍角度MIG焊槍與焊板呈傾斜角度為α =65° 75°夾角；激光焊槍與焊板 呈傾斜角度為β =90° 95°夾角；b、根據(jù)焊接板厚度設(shè)定離焦量②激光功率1000W
③激光功率1000W
④激光功率3000W
⑤激光功率3000W
⑥激光功率3000W
220A =MIG 電壓 21. 5V 180A =MIG 電壓 20. 5V 280A =MIG 電壓 23. 5V 220A =MIG 電壓 22. 5V 180A =MIG 電壓 21. 5V
35L/min 45L/min
26.OV
23.5V 22. 5V
27.5V 25. OV
24.5V
①當(dāng)焊接板厚小于5mm時，離焦量為-2mm -Imm；
②當(dāng)焊接板厚大于或等于5mm時，離焦量為-3mm _2mm；
c、設(shè)定復(fù)合焊保護(hù)氣體為氦氬混合氣體，混合氣體體積比為He Ar = 1 4
d、根據(jù)焊接速度設(shè)定MIG焊的氣流量
①焊接速度范圍在0.7m/s 1. 5m/s之間，MIG焊的氣流量26L/min
②焊接速度范圍在1.5m/s 3. Om/s之間，MIG焊的氣流量35L/min
e、根據(jù)激光功率和MIG電流設(shè)置MIG焊接電壓值 ①激光功率1000W 3000W、MIG電流220A 280A =MIG電壓22. 5V
3000W、MIG 電流 180A 3000W、MIG 電流 140A 5000W、MIG 電流 220A 5000W、MIG 電流 180A 5000W、MIG 電流 140A
f、根據(jù)MIG焊接電壓值和電流值設(shè)置激光焊與MIG焊的熱源間距
①MIG電壓20.5V 23. 0V、電流140A 180A =MIG熱源間距Imm 2mm
②MIG電壓22.5V 24. 5V、電流180A 220A =MIG熱源間距2mm 3mm
③MIG電壓24.OV 27. 5V、電流220A 280A =MIG熱源間距3mm 4mm
g、同步進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是①通過焊接電壓調(diào)整從而控制MIG電弧 的等離子體對激光的屏蔽作用，通過熱源間距的控制避開激光通過電弧中心的高密度的離 子體，從而達(dá)到既能保證激光作用于MIG焊熔池上，提高熔化母材對激光吸收率較高的作 用，又能使激光通過等離子體后能量損耗較?。虎诟鶕?jù)焊接速度來控制氣流量不僅起到對 熔池的保護(hù)作用，而且可避免由于過大氣流量造成焊縫氣孔缺陷；③通過激光-MIG復(fù)合焊 的復(fù)合方式和激光工藝參數(shù)等的控制，獲得表面潔凈、光滑、成型好、無凹陷的焊縫；④通過 激光和MIG兩熱源之間的相互作用，彌補(bǔ)了單熱源焊接工藝的不足，具有焊接熔深大、焊接 速度快、工件變形小、裝配要求低、熔池搭橋能力強(qiáng)、易于集成等特點；⑤由于具有高效率、 低變形和低熱輸入量的焊接特征，故能有效控制鋁合金焊接過程中因過熱造成的焊縫及母 材晶粒過大等問題。本發(fā)明特別適宜于7A52、7A05和7A09等鋁一鋅一鎂系高強(qiáng)鋁合金材 料的焊接。


圖1為本發(fā)明激光-MIG復(fù)合焊的焊接裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、焊接板；2、激光焊槍；3、MIG焊槍；H為熱源間距，即指激光熱源中心與MIG熱源中心在焊接板平面上的間距；α為MIG焊槍與焊接板之間的傾斜角度；β為激光焊槍與焊接板之間的傾斜角度。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明對高強(qiáng)鋁合金焊接采用激光-MIG復(fù)合焊技術(shù)后，在焊接方式
4設(shè)計前先根據(jù)焊接板厚度進(jìn)行焊接接頭設(shè)計，即根據(jù)板厚決定開坡口或不開坡口，一般板 厚較小的不開坡口直接焊接，板厚較大的要開坡口，坡口角度=25° 30°，留純邊15mm， 對于不開坡口的，采用單面焊雙面成型，開坡口的采用雙面焊雙面成型。根據(jù)上述要求加工 焊接板，然后進(jìn)入復(fù)合焊步驟設(shè)計，首先是焊接方式設(shè)計，焊接方式設(shè)計為激光焊在前、MIG 熔化極氬弧焊在后同步進(jìn)行的復(fù)合焊方式；焊槍角度設(shè)計MIG焊槍3與焊接板1呈傾斜角 度為α =65° 75°夾角，激光焊槍2與焊接板1呈傾斜角度為β =90° 95°夾角；然后按要求操縱混合氣體調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)氦氣(He)和氬氣(Ar)按體積比的混合比 例；焊接工藝參數(shù)設(shè)計包括(1)按焊接板厚度選擇激光功率，離焦量，焊接速度；(2)選擇MIG焊的焊接電流； (3)根據(jù)激光功率和MIG焊接電流設(shè)定MIG焊接電壓；(4)根據(jù)焊接速度設(shè)定MIG焊氣流量；(5)根據(jù)MIG焊接電壓值和電流值設(shè)置激光焊與MIG焊的熱源間距H。焊接時將激光焊槍2和MIG焊槍3按圖1所示的焊接方向和相關(guān)位置要求安裝在 一個焊接裝置上，焊槍的行進(jìn)由電動進(jìn)行同步焊接。實施例1本實施例針對厚度為3mm厚的7A05高強(qiáng)鋁合金，采用激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)， 焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設(shè)置激光-MIG復(fù)合焊復(fù)合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設(shè)定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設(shè)定激光焊接功率為2000W，焊接速度為2000mm/s，離焦量 為-2mm -Imm ； (4)設(shè)定MIG焊接電流為140A 160A，焊接電壓20. 5V 21. 5V ； (5)按 焊接速度設(shè)定MIG焊氣流量為35L/min 45L/min，熱源間距為Imm 2mm。實施例2本實施例針對厚度為6mm厚的7A05高強(qiáng)鋁合金，采用激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)， 焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設(shè)置激光-MIG復(fù)合焊復(fù)合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設(shè)定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設(shè)定激光焊接功率為3000W，焊接速度為1400mm/s，離焦量 為-3mm -2mm ； (4)設(shè)定MIG焊接電流為160A 180A，焊接電壓20. 5V 22. 5V ； (5)按 焊接速度設(shè)定MIG焊氣流量為26L/min 35L/min，熱源間距為Imm 2mm。實施例3本實施例針對厚度為IOmm厚的7A52高強(qiáng)鋁合金，采用激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)， 焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設(shè)置激光-MIG復(fù)合焊復(fù)合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設(shè)定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設(shè)定激光焊接功率為5000W，焊接速度為1000mm/S，離焦量 為-3謹(jǐn) -2謹(jǐn)；(4)設(shè)定MIG焊接電流為200A 220A，焊接電壓23· 5V 24. 5V ； (5)按 焊接速度設(shè)定MIG焊氣流量為26L/min 35L/min，熱源間距為2mm 3mm。實施例4本實施例針對厚度為12mm厚的7A52高強(qiáng)鋁合金，采用激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)，焊接方式為單面焊雙面成形，不開坡口，它包括以下步驟(1)設(shè)置激光-MIG復(fù)合焊復(fù)合 方式為激光焊在前、MIG氬弧焊在后；(2)設(shè)定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、Ar體 積比為1 4的混合氣體；(3)設(shè)定激光焊接功率為5000W，焊接速度為700mm/s，離焦量 為-3謹(jǐn) -2謹(jǐn)；(4)設(shè)定MIG焊接電流為220A 280A，焊接電壓23· 5V 27. 5V ； (5)按 焊接速度設(shè)定MIG焊氣流量為26L/min 35L/min，熱源間距為3mm 4mm。
本發(fā)明不局限于上述實施方式，只要是說明書中提及的方案均落在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)鋁合金激光 MIG復(fù)合焊接技術(shù)，其特征在于該技術(shù)包括下列步驟a、設(shè)定復(fù)合方式和焊槍角度復(fù)合方式采用激光焊在前、MIG焊在后同步方式進(jìn)行；焊槍角度MIG焊槍與焊板呈傾斜角度為α＝65°～75°夾角；激光焊槍與焊板呈傾斜角度為β＝90°～95°夾角；b、根據(jù)焊接板厚度設(shè)定離焦量①當(dāng)焊接板厚小于5mm時，離焦量為 2mm～ 1mm；②當(dāng)焊接板厚大于或等于5mm時，離焦量為 3mm～ 2mm；c、設(shè)定復(fù)合焊保護(hù)氣體為氦氬混合氣體，混合氣體體積比為He∶Ar＝1∶4；d、根據(jù)焊接速度設(shè)定MIG焊的氣流量①焊接速度范圍在0.7m/s～1.5m/s之間，MIG焊的氣流量26L/min～35L/min；②焊接速度范圍在1.5m/s～3.0m/s之間，MIG焊的氣流量35L/min～45L/min；e、根據(jù)激光功率和MIG電流設(shè)置MIG焊接電壓值①激光功率1000W～3000W、MIG電流220A～280AMIG電壓22.5V～26.0V；②激光功率1000W～3000W、MIG電流180A～220AMIG電壓21.5V～23.5V；③激光功率1000W～3000W、MIG電流140A～180AMIG電壓20.5V～22.5V；④激光功率3000W～5000W、MIG電流220A～280AMIG電壓23.5V～27.5V；⑤激光功率3000W～5000W、MIG電流180A～220AMIG電壓22.5V～25.0V；⑥激光功率3000W～5000W、MIG電流140A～180AMIG電壓21.5V～24.5V；f、根據(jù)MIG焊接電壓值和電流值設(shè)置激光焊與MIG焊的熱源間距①MIG電壓20.5V～23.0V、電流140A～180AMIG熱源間距1mm～2mm；②MIG電壓22.5V～24.5V、電流180A～220AMIG熱源間距2mm～3mm；③MIG電壓24.0V～27.5V、電流220A～280AMIG熱源間距3mm～4mm；g、同步進(jìn)行激光 MIG復(fù)合焊接。
全文摘要
一種高強(qiáng)鋁合金激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)，該技術(shù)包括下列步驟a、設(shè)定復(fù)合方式和焊槍角度；b、根據(jù)焊接板厚度設(shè)定離焦量；c、設(shè)定復(fù)合焊保護(hù)氣體為氦氬混合氣體的體積比；d、根據(jù)焊接速度設(shè)定MIG焊的氣流量；e、根據(jù)激光功率和MIG電流設(shè)置MIG焊接電壓值；f、根據(jù)MIG焊接電壓值和電流值設(shè)置激光焊與MIG焊的熱源間距；g、同步進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接。本發(fā)明工藝能獲得焊接表面潔凈、光滑、成型好、無凹陷的焊縫；具有焊接熔深大、速度快、工件變形小、裝配要求低、熔池搭橋能力強(qiáng)、易于集成等特點；能有效控制鋁合金焊接過程因過熱造成的焊縫及母材晶粒過大等問題。
文檔編號B23K28/02GK101947695SQ20101028059
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者劉紅偉, 張立君, 明珠, 王有祁, 王法科, 甄立玲, 譚兵, 陳東高, 馬冰, 齊果 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所