本發(fā)明涉及金屬材料焊接，具體為一種能夠克服飛濺缺陷的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法。

背景技術(shù)：

1、激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)是一種先進(jìn)的連接技術(shù)，它巧妙地結(jié)合了激光焊接與電弧焊接的優(yōu)點(diǎn)，即激光焊接的高精度和快速度，以及電弧焊接對(duì)材料適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。這種技術(shù)通過(guò)同時(shí)使用激光束和電弧作為熱源，不僅提高了焊接速度，還增強(qiáng)了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了更深的熔深，同時(shí)減少了焊接過(guò)程中的熱輸入，降低了焊接殘余應(yīng)力和變形，進(jìn)而提升了焊接接頭的質(zhì)量和性能。

2、然而，在實(shí)際應(yīng)用中，激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，由于加工件可能存在毛刺、板材彎曲或裝配錯(cuò)位等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程中的不穩(wěn)定，尤其是在處理復(fù)雜幾何形狀的工件時(shí)更為明顯。這些不穩(wěn)定性容易引發(fā)焊接飛濺，影響焊接接頭的表面質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響焊接結(jié)構(gòu)的整體性能。此外，焊接飛濺還會(huì)增加后續(xù)處理的成本，比如打磨和修復(fù)工作，這不僅增加了生產(chǎn)成本，也延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。

3、為了克服這些挑戰(zhàn)，研究者們探索了多種解決方案。一方面，通過(guò)優(yōu)化保護(hù)氣體的比例，如適量加入co2氣體，可以有效改善焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，減少飛濺的發(fā)生。另一方面，向焊接區(qū)域添加活性劑也被證明是一種有效的策略。例如，tio2和zno等活性劑在高溫下會(huì)發(fā)生分解，釋放出的氧氣可以進(jìn)一步收縮電弧，減少金屬的過(guò)熱和飛濺，同時(shí)改善熔池的濕潤(rùn)性和填充性。

4、盡管上述方法能夠在一定程度上緩解焊接過(guò)程中的問(wèn)題，但對(duì)于需要大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)環(huán)境而言，保護(hù)氣比例調(diào)整和添加活性劑大大加重了人工成本、時(shí)間成本和生產(chǎn)成本。因此，開(kāi)發(fā)更加經(jīng)濟(jì)高效的解決方案成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)目前缺乏能夠低成本、高效解決激光-電弧復(fù)合焊接中存在的飛濺問(wèn)題的方法，本發(fā)明提供了一種能夠克服飛濺缺陷的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，不僅能夠有效解決激光-電弧復(fù)合接中存在的飛濺問(wèn)題，顯著改善焊縫成形質(zhì)量，而且不需要額外的成本投入，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種能夠克服飛濺缺陷的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，包括以下步驟：

4、s1：在待焊工件的待焊表面處加工坡口，加工后對(duì)待焊表面及坡口進(jìn)行打磨清洗，隨后將兩個(gè)待焊工件的待焊面相貼合并固定；

5、s2：將激光加工頭與mig焊槍固定，激光加工頭角度與mig焊槍的中軸線呈15°～30°夾角，隨后開(kāi)啟焊機(jī)和激光器，在電弧和激光復(fù)合熱源及保護(hù)氣體的保護(hù)下完成激光電弧復(fù)合焊接；

6、所述激光加工頭的工作參數(shù)：激光功率為3.5-5.2kw，離焦量為-2～+5mm，光絲間距為2～3mm；

7、所述mig焊槍的工作參數(shù)：電流模式采用脈沖模式，弧長(zhǎng)修正系數(shù)為-18％～-24％；所述脈沖模式的具體參數(shù)：基值電流為60～80a，脈沖峰值電流為230～280a，脈沖頻率為120～130hz，脈沖周期為6～9ms，其中峰值時(shí)間為4～6ms，基值時(shí)間為2～4ms。

8、進(jìn)一步地，步驟s1中所述的待焊工件的材質(zhì)為高強(qiáng)鋼、不銹鋼或碳鋼。

9、進(jìn)一步地，步驟s1中所述待焊工件的厚度為4～7mm。

10、進(jìn)一步地，步驟s1中所述的坡口為i型坡口；接頭形式為平面對(duì)接。

11、進(jìn)一步地，步驟s1中所述的清洗方式為：對(duì)待焊工件的待焊表面及坡口處擦拭丙酮。

12、進(jìn)一步地，步驟s2中，在進(jìn)行激光電弧復(fù)合焊接前，mig焊槍保護(hù)氣噴嘴先預(yù)通保護(hù)氣3～5s；待激光電弧復(fù)合焊接完成后，mig焊槍保護(hù)氣噴嘴繼續(xù)輸送保護(hù)氣3-5s。

13、進(jìn)一步地，步驟s2中所述激光電弧復(fù)合焊接的焊接速度為1.08m/min～1.2m/min，所述mig焊槍的工作參數(shù)：電流模式采用脈沖模式，弧長(zhǎng)修正系數(shù)為-20％；所述脈沖模式的具體參數(shù)：基值電流為60～80a，脈沖峰值電流為230～280a，脈沖頻率為125hz，脈沖周期為8ms，其中峰值時(shí)間為5ms，基值時(shí)間為3ms。

14、進(jìn)一步地，步驟s2中，在進(jìn)行激光電弧復(fù)合焊接時(shí)采用直徑為1～1.6mm的jm-56實(shí)芯焊絲。

15、進(jìn)一步地，步驟s2中所述的激光器為光纖激光器、固體激光器或氣體激光器，所述激光為連續(xù)激光。

16、進(jìn)一步地，步驟s2中所述的保護(hù)氣為80％ar+20％co2，保護(hù)氣體流量為20l/min。

17、本發(fā)明的有益效果如下：

18、1.本發(fā)明中的mig焊槍采用脈沖模式，每個(gè)脈沖周期內(nèi)只有一滴金屬?gòu)暮附z尖端射出，形成“一脈一滴”過(guò)渡模式，這種“一脈一滴”過(guò)渡模式基于精確的脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)，包括峰值電流、基值電流、脈沖頻率、峰值時(shí)間和基值時(shí)間，通過(guò)這種模式能夠避免大電流噴射引起的飛濺現(xiàn)象，保證熔滴平穩(wěn)進(jìn)入熔池，避免了熔池波動(dòng)和不規(guī)則流動(dòng)，進(jìn)一步提高了焊縫的成形質(zhì)量。

19、2.基于“一脈一滴”的過(guò)渡模式，本發(fā)明能夠安全地使用更高的電流和電壓而不必?fù)?dān)心過(guò)度飛濺，不僅能夠加快焊絲的熔化速率，提高焊接速度，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，而且可以提供更多的能量，使激光和電弧的熱輸入更加集中，從而實(shí)現(xiàn)更深的熔深和更寬的熔寬，特別適用于中厚板的焊接。

20、3.本發(fā)明中的mig焊槍的弧長(zhǎng)修正系數(shù)為-20％，保證了較好的電弧挺直性和能量集中性，減少了電弧在焊接過(guò)程中的偏移和擺動(dòng)，確保了電弧能夠準(zhǔn)確地集中在焊縫上。同時(shí)激光與電弧之間的干擾作用較小，避免了因激光與電弧相互作用引起的波動(dòng)和不穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高了焊縫的成形質(zhì)量。

21、4.本發(fā)明所述激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法在將mig焊槍調(diào)整為脈沖模式，弧長(zhǎng)修正系數(shù)調(diào)整為-20％后，能夠完美解決激光-電弧復(fù)合接中存在的飛濺問(wèn)題，且整個(gè)過(guò)程不需要額外的成本投入，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有很高的推廣價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種能夠克服飛濺缺陷的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s1中所述的待焊工件的材質(zhì)為高強(qiáng)鋼、不銹鋼或碳鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s1中所述待焊工件的厚度為4～7mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s1中所述的坡口為i型坡口；接頭形式為平面對(duì)接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s1中所述的清洗方式為：對(duì)待焊工件的待焊表面及坡口處擦拭丙酮。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s2中，在進(jìn)行激光電弧復(fù)合焊接前，mig焊槍保護(hù)氣噴嘴先預(yù)通保護(hù)氣3～5s；待激光電弧復(fù)合焊接完成后，mig焊槍保護(hù)氣噴嘴繼續(xù)輸送保護(hù)氣3-5s。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s2中所述激光電弧復(fù)合焊接的焊接速度為1.08m/min～1.2m/min；所述mig焊槍的工作參數(shù)：電流模式采用脈沖模式，弧長(zhǎng)修正系數(shù)為-20％；所述脈沖模式的具體參數(shù)：基值電流為60～80a，脈沖峰值電流為230～280a，脈沖頻率為125hz，脈沖周期為8ms，其中峰值時(shí)間為5ms，基值時(shí)間為3ms。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s2中，在進(jìn)行激光電弧復(fù)合焊接時(shí)采用直徑為1～1.6mm的jm-56實(shí)芯焊絲。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s2中所述的激光器為光纖激光器、固體激光器或氣體激光器，所述激光為連續(xù)激光。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，其特征在于，步驟s2中所述的保護(hù)氣為80％ar+20％co2，保護(hù)氣體流量為20l/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種能夠克服飛濺缺陷的激光電弧復(fù)合全熔透焊接方法，包括以下步驟：S1：在待焊工件的待焊表面處加工坡口，加工后對(duì)待焊表面及坡口進(jìn)行打磨清洗，隨后將兩個(gè)待焊工件的待焊面相貼合并固定；S2：將激光加工頭與MIG焊槍固定，激光加工頭角度與MIG焊槍的中軸線呈15°～30°夾角，隨后開(kāi)啟焊機(jī)和激光器，在電弧和激光復(fù)合熱源及保護(hù)氣體的保護(hù)下完成激光電弧復(fù)合焊接。本發(fā)明在將MIG焊槍調(diào)整為脈沖模式，弧長(zhǎng)修正系數(shù)調(diào)整為?18％～?24％后，能夠完美解決激光?電弧復(fù)合接中存在的飛濺問(wèn)題，且整個(gè)過(guò)程不需要額外的成本投入，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有很高的推廣價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：胥國(guó)祥,劉輝,趙文勇,閆德俊,劉文,胡慶賢,朱杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30