專利名稱：一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光作為一種特殊的熱源，同傳統(tǒng)的焊接熱源相比，具有自身獨到的特點。經(jīng)過聚 焦，激光束可達到極高的功率密度，可以熔化甚至汽化高熔點的金屬，因此可用于特殊材料 的精密焊接。由于激光束能量集中，焊接過程中輸入的線能量小，因此熱變形和焊接熱影響 區(qū)就很小，從而可以適當(dāng)提高焊接速度，生產(chǎn)效率得到大大提高。20世紀70年代英國帝國 大學(xué)的W. M. Steen首次采用電弧焊輔助激光進行焊接，提出了激光_電弧復(fù)合焊接技術(shù)的 概念。其主要思想是將激光和電弧這兩種性質(zhì)完全不同的熱源疊加在一起，形成了一種全 新的熱源，同時作用在焊接部位進行焊接。目前，激光復(fù)合焊接工藝的大多是關(guān)于激光與單 電源復(fù)合，研究基本集中在激光與不同性質(zhì)熱源的配合研究，如激光-TIG、激光-等離子熱 源、激光-MIG等。雙絲(雙弧)焊是多絲多弧焊接工藝的基礎(chǔ)。在國內(nèi)外已經(jīng)開展了廣泛的研究。 早在1948年，為了提高生產(chǎn)效率，就有人開始研究雙絲埋弧焊技術(shù)，并且該項技術(shù)很快為 人們所接受，并出現(xiàn)了多種雙絲埋弧焊方法，如縱列式、橫列雙絲串聯(lián)式、橫列雙絲并聯(lián)式 等，近十年，雙絲(多絲)氣保焊技術(shù)更是得到了迅速的發(fā)展。由于激光復(fù)合焊接本身具有熔深深、成形好、同時焊縫組織性能優(yōu)異等優(yōu)點，雙絲 焊接在高效、高速焊接方面亦具有相當(dāng)優(yōu)勢，但是，它們也都具有自身的局限性雙絲焊最 常用的是串列雙絲焊的形式，但是這種方法雖然提高了焊接的熔敷率和焊接速度，但是并 沒能起到加大熔深的作用；激光電弧復(fù)合焊接時，兩者的焊接速度存在不匹配的情況，同時 如何控制兩電弧之間作用力的大小，這都將嚴重影響激光電弧復(fù)合熱源焊接的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述的現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種激光雙電弧復(fù)合焊接 系統(tǒng)，既能集中雙絲脈沖焊接和激光電弧焊接各自的優(yōu)點，有效充分利用系統(tǒng)的能量，提高 焊接熔敷效率和焊接速度，又能夠獲得良好的焊接質(zhì)量。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)—種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，包括第一焊槍、第二焊槍、激光源、第一焊機、第二 焊機，其中第一焊機，用于向第一焊槍輸出電信號；第二焊機，用于向第二焊槍輸出電信號；激光器，用于產(chǎn)生激光束；第一焊槍、第二焊槍和激光束在XOZ平面、YOZ平面和YOX平面的投影位置關(guān)系如 下(1)在XOZ平面中，第一焊槍(即焊槍1)與Z方向的夾角α范圍為0° 30°，第二焊槍(即焊槍2)與Z方向的夾角β范圍為0° 45° ；沿X軸方向，第一焊槍在工件 上的作用點與激光束中心線的距離Rl為2 6mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中 心線的距離R2為0 2謹(2)在YOZ平面中，第一焊槍(即焊槍1)與Z方向的夾角δ范圍為0° 15°， 第二焊槍(即焊槍2)與Z方向的夾角Y范圍為0° 20° ；沿Y軸方向，第一焊槍在工件 上的作用點與激光束中心線的距離Q2為2 5mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中 心線的距離Ql為0 2mm(3)在YOX平面中，第一、二焊槍在工件上的作用點和激光束在工件上的作用點在 一條直線上，第一焊槍的投影與X方向的夾角φ和第二焊槍的投影與X方向的夾角θ相等， 均為0° 30°。上述位置參數(shù)優(yōu)選如下(1)在XOZ平面中，第一焊槍(即焊槍1)與Z方向的夾角α范圍為10° 20°， 第二焊槍(即焊槍2)與Z方向的夾角β范圍為15° 30° ；沿X軸方向，第一焊槍在工 件上的作用點與激光束中心線的距離Rl為2 5mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束 中心線的距離R2為1 2mm(2)在YOZ平面中，第一焊槍(即焊槍1)與Z方向的夾角δ范圍為0° 15°， 第二焊槍(即焊槍2)與Z方向的夾角γ范圍為10° 20° ；沿Y軸方向，第一焊槍在工 件上的作用點與激光束中心線的距離Q2為3 5mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束 中心線的距離Ql為1 2mm(3)在YOX平面中，第一、二焊槍在工件上的作用點和激光束在工件上的作用點在 一條直線上，第一焊槍的投影與X方向的夾角φ和第二焊槍的投影與X方向的夾角θ相等， 均為10° 30°。本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)的一個技術(shù)核心在于兩電弧與激光熱源的復(fù)合形式，即兩 把焊槍和激光三者之間的相對位置關(guān)系，通過控制三者之間的距離和角度，來調(diào)整焊接過 程，通過最優(yōu)的距離和角度控制，實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程，由于使用3個熱源的復(fù)合大大提高 了焊接效率，加大了焊接熔深和熔寬，改善焊縫成形。本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)的另一個技術(shù)核心在于激光與兩個電弧進行復(fù)合，激光位 于兩電弧的中間，激光-雙電弧復(fù)合焊中電弧挺度增強、亮度增強，電弧熔化焊絲的能力增 強，熔滴的過渡形式出現(xiàn)的一脈多滴的情況。這主要是因為激光和電弧的相互作用使電弧 吸收部分激光能量后自身能量提高，雙電弧的作用對激光能量的吸收作用比單電弧更加增 強，避免較多的能量因等離子體的吸收而得不到利用，出現(xiàn)有益的能量復(fù)合效果，提高了激 光的能量利用率，同時雙電弧的能量大大高于單電弧，其熱源的整體能量較大，造成焊接效 率顯著提高，其焊接效率較激光單電弧復(fù)合焊接增加30%以上，根據(jù)試驗結(jié)果可知，平板堆 焊的結(jié)果，可以使熔深增加20% 80%，熔寬增加8% 15%，余高增加10% 20%。


圖1是激光雙電弧復(fù)合焊的示意圖。圖2是激光雙電弧焊接系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)圖。圖3是激光雙電弧焊接系統(tǒng)的三視圖，即激光雙電弧焊接系統(tǒng)沿圖2中所示的Y軸方向在XOZ平面的投影視圖、沿圖2中所示的X軸方向在YOZ平面的投影視圖、沿圖2中 所示Z軸方向在YOX平面的投影視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。選擇使用一臺英國GSI公司生產(chǎn)的最大額定功率為2KW型號為JK2003SM的Nd YAG激光器提供激光光源、兩臺林肯INVERTEC V300-I焊機、兩臺S-86A型半自動送絲機、 加持和調(diào)整焊槍角度和位置的夾具、一個用于擺放工件的直線工作臺，此外還包括氣瓶、氣 閥、遙控盒等焊接輔助設(shè)備。林肯INVERTEC V300-I焊機可以采用單相或者是三相電源輸入，能夠提供恒壓和 恒流輸出，可用于熔化極氣體保護焊，手工電弧焊，非熔化極氣體保護焊，藥芯焊絲等焊接 過程。其電流輸出范圍在50A 300A之間，電壓輸出在13V 42V之間。用于遠程控制和 送絲裝置的14芯插座，能滿足對試驗靈活控制的要求。在本焊接系統(tǒng)中，按照附圖1-3所示的激光雙電弧焊接系統(tǒng)進行組裝并調(diào)整兩個 焊槍和激光束在XOZ平面、YOZ平面和YOX平面的投影位置關(guān)系，以使其滿足如下的位置參 數(shù)(1)在XOZ平面中，第一焊槍(即焊槍1)與Z方向的夾角α范圍為0° 30°， 第二焊槍(即焊槍2)與Z方向的夾角β范圍為0° 45° ；沿X軸方向，第一焊槍在工件 上的作用點與激光束中心線的距離Rl為2 6mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中 心線的距離R2為0 2謹(2)在YOZ平面中，第一焊槍(即焊槍1)與Z方向的夾角δ范圍為0° 15°， 第二焊槍(即焊槍2)與Z方向的夾角Y范圍為0° 20° ；沿Y軸方向，第一焊槍在工件 上的作用點與激光束中心線的距離Q2為2 5mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中 心線的距離Ql為0 2mm(3)在YOX平面中，第一、二焊槍在工件上的作用點和激光束在工件上的作用點在 一條直線上，第一焊槍的投影與X方向的夾角φ和第二焊槍的投影與X方向的夾角θ相等， 均為0° 30°利用本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)時，首先接入頻率為工頻50Hz的電源，然后調(diào)節(jié)電焊 機參數(shù)，交流電壓有效值為35 90V，調(diào)節(jié)兩個送絲機的送絲速度為1 15m/min，調(diào)整激 光的焦點，使離焦量為_3mm 3mm，然后調(diào)整激光光源與兩把焊槍的位置，達到上述的各自 預(yù)定位置。采用下列基本參數(shù)，對低碳鋼Q235的工件進行復(fù)合焊接；然后只將激光功率調(diào) 整為零，即在沒有激光作用的情況下，以雙電弧形式進行焊接。
權(quán)利要求
1.一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，包括第一焊槍、第二焊槍、激光源、第一焊機、第二焊 機，其中第一焊機，用于向第一焊槍輸出電信號；第二焊機，用于向第二焊槍輸出電信號；激光 器，用于產(chǎn)生激光束；其特征在于，第一焊槍、第二焊槍和激光束在XOZ平面、YOZ平面和YOX 平面的投影位置關(guān)系如下(1)在XOZ平面中，第一焊槍與Z方向的夾角α范圍為0° 30°，第二焊槍與Z方向 的夾角β范圍為0° 45° ；沿X軸方向，第一焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的 距離Rl為2 6mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的距離R2為0 2mm(2)在YOZ平面中，第一焊槍與Z方向的夾角δ范圍為0° 15°，第二焊槍與Z方向 的夾角Y范圍為0° 20° ；沿Y軸方向，第一焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的 距離Q2為2 5mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的距離Ql為0 2mm(3)在YOX平面中，第一、二焊槍在工件上的作用點和激光束在工件上的作用點在一條 直線上，第一焊槍的投影與X方向的夾角φ和第二焊槍的投影與X方向的夾角θ相等，均為 0° 30°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，其特征在于，在XOZ平面 中，第一焊槍與Z方向的夾角α范圍為10° 20°，第二焊槍與Z方向的夾角β范圍為 15° 30° ；沿X軸方向，第一焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的距離Rl為2 5mm，第二焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的距離R2為1 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，其特征在于，在YOZ平面中， 第一焊槍與Z方向的夾角δ范圍為0° 15°，第二焊槍與Z方向的夾角γ范圍為10° 20° ；沿Y軸方向，第一焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的距離Q2為3 5mm，第二 焊槍在工件上的作用點與激光束中心線的距離Ql為1 2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，其特征在于，在YOX平面中， 第一、二焊槍在工件上的作用點和激光束在工件上的作用點在一條直線上，第一焊槍的投 影與X方向的夾角φ和第二焊槍的投影與X方向的夾角θ相等，均為10° 30°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光雙電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)，利用已有的焊槍加持和調(diào)整位置的夾具，調(diào)整兩把焊槍和激光機頭三者之間的相對位置，通過控制兩個焊絲之間的距離，來調(diào)整焊接過程，通過最優(yōu)的距離控制，實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程，由于使用兩電弧與激光熱源的復(fù)合大大提高了焊接效率，加大了焊接熔深和熔寬，改善焊縫成形。
文檔編號B23K28/02GK102069305SQ201110036348
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者婁麗艷, 朱艷麗, 李桓, 王俊紅, 韋輝亮 申請人:天津大學(xué)