一种双激光—双丝旁路电弧复合的焊接方法技术

本发明专利技术公开一种双激光—双丝旁路电弧复合的焊接方法，使连续激光束作用在母材上，脉冲激光作用在双丝焊枪上端焊丝熔滴固液界面的颈缩处；电弧加热焊丝，形成熔滴，熔滴尺寸逐渐增大，同时，脉冲激光束发射出一定频率的激光照射到上端焊丝熔滴上，给熔滴一定频率的激光蒸发反冲力；蒸发反冲力“切割”熔滴，脉冲频率的改变使熔滴尺寸、过渡频率、飞行方向和轨迹发生变化，促进熔滴完成过渡；使熔滴在激光蒸发反力的轰击下脱离焊丝，促进熔滴过渡进入熔池，增加熔敷效率；计算机控制系统通过检测电弧电压的变化，实现固定弧长的闭环控制。本发明专利技术可以实现大熔深、低飞溅、高焊速、窄热影响区的高效率、高质量的焊接。

Double laser double wire bypass arc composite welding method

The invention discloses a double laser double wire bypass arc hybrid welding method, the continuous action of laser beam on the base metal, pulse laser in double wire welding shrinkage top wire droplet solid-liquid interface neck; arc welding wire, the formation of droplets, droplet size increases gradually, at the same time, a pulsed laser beam emit a certain frequency of laser irradiation to the upper end of the wire droplet, droplet evaporation to laser frequency recoil; evaporation recoil \cutting\ droplet, the change of pulse frequency so that the droplet size, the transition frequency, flight direction and trajectory of change and promote the droplet transition; the droplet bombardment in the laser evaporation reaction force from the wire, promote the droplet transition into the molten pool, increase the deposition efficiency; computer control system by detecting the change of arc voltage, to achieve closed-loop control with fixed arc length. The invention can realize the high efficiency and high quality welding of large melting depth, low spatter, high welding speed, narrow heat affected zone.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
，涉及一种双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法。
技术介绍
熔化极气体保护焊(GasMetalArcWelding,GMAW)是目前工业生产中最常用的一种焊接方法，随着工业4.0的到来，现代焊接技术向高效、优质、低耗方向发展，对焊接方法的生产率和热输入的控制提出了越来越高的要求。提高焊接速度和熔敷速度是高效化焊接的主要途径，传统焊接工艺中，焊接电流的增加必然造成热输入的增加，造成焊接质量下降。提高焊接质量和生产效率，减少热输入与焊接缺陷是实现高效化、高质量焊接的必要手段。随着焊接技术的发展，激光焊接应运而生，激光焊接具有能量密度高，焊接速度快，焊后变形和残余应力小，热影响区小，无需焊后处理，深宽比大等优势。然而能量转化率低，高反射率材料焊接性差，工件装配要求高，造价高等缺点制约着其发展。双丝焊作为一种高效率的焊接方法越来越被人们关注，熔化极气体双弧焊最早应用在1955年。双丝MIG具有焊接速度高、熔敷效率高、热输入线能量小、焊接气孔少等优点，目前已成为国际焊接领域研究的热点。激光双丝电弧复合热源焊接技术是一种新兴的特种加工技术，其主要优点为：(1)增加焊接速度和焊缝熔深，(2)提高焊接接头适应性(3)改善焊缝微观组织，减少焊接缺陷。复合热源焊接将激光焊和电弧焊的优点良好的结合在一起，与激光填丝焊相比，可以更好的提高对接口间隙的适应性，与传统电弧焊相比，可以显著地提高焊接速度，增加焊缝熔深，同时降低焊接变形量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有电弧模式中提高焊丝熔敷速度和减少对母材热输入二者之间矛盾关系，提出一种激光控制熔滴过渡模式，较少电弧热输入，增加熔敷速度的焊接方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法包括下述步骤：一、调节连续激光束，脉冲激光束和双丝焊枪的空间位置，使连续激光束作用在母材上，脉冲激光作用在双丝焊枪上端焊丝熔滴固液界面的颈缩处；二、连续激光加热母材，形成匙孔，电弧加热焊丝，形成熔滴，熔滴尺寸逐渐增大；同时，脉冲激光束发射出一定频率的激光照射到上端焊丝熔滴上，给熔滴一定频率的激光蒸发反冲力；三、蒸发反冲力“切割”熔滴，脉冲频率的改变使熔滴尺寸、过渡频率、飞行方向和轨迹发生变化，促进熔滴完成过渡；四、减小焊接电流，调节脉冲激光峰值功率，脉宽和脉冲频率，使熔滴在激光蒸发反力的轰击下脱离焊丝，促进熔滴过渡进入熔池，增加熔敷效率。五、计算机控制系统通过检测电弧电压的变化，实现固定弧长的闭环控制。作为优选，所述激光为连续激光束和脉冲激光束。作为优选，所述连续脉冲激光束可任意调节脉冲激光能量和相位。作为优选，所述脉冲激光频率为10-500Hz。本专利技术可获得以下收益效果：与传统电弧焊接方法最显著的特征就是打破传统电弧熔敷速度和热输入固有的搭配，利用激光轰击熔滴，促进熔滴过渡，实现焊丝熔敷速度和工件热输入分开调节，灵活调整焊接过程中的传热传质。连续激光照射母材，可以有效增加焊缝熔深；同时脉冲激光束作用在焊丝上端熔滴固液界面的缩颈处，在降低双丝焊接电流的情况下，激光蒸发反力亦可以有效“切割”熔滴，增加熔滴过渡频率，增加焊丝熔化速度，提高熔敷效率，该方法可以实现大熔深、低飞溅、高焊速、窄热影响区(低热输入)的高效率、高质量的焊接。附图说明图1是双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法的示意图。图中：1-计算机控制系统、2-弧长调节系统、3-双丝焊枪、4-熔滴、5-连续激光束、6-脉冲激光束、7-母材、8激光器具体实施方式本专利技术实施例提供一种双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法，该方法采用的设备如图1所示，包括：计算机控制系统1、弧长调节系统2连续激光束5和脉冲激光束6。计算机控制系统1可根据弧长调节系统2采集的电压变化值控制弧高，使脉冲激光束可精确入射熔滴颈缩位置；母材7为10mm厚Q235低碳钢，激光频率10-500Hz。具体双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法包括以下步骤：一、调节连续激光束5和脉冲激光束6和双丝焊枪3的空间位置，使连续激光束5作用于母材7，脉冲激光束6作用于熔滴4的固液界面缩颈处；二、连续激光束5加热母材7，电弧加热焊丝，形成熔滴4，熔滴尺寸逐渐增大；同时，脉冲激光束6发射出10-500Hz的脉冲激光照射到熔滴4上，给熔滴4施加激光蒸发反冲力；三、通过调节脉冲激光的能量协同匹配连续激光能量和焊接电流参数可动态调控熔滴受力状态，通过弧长控制系统2调节弧长，确保脉冲激光精确入射熔滴颈缩处；四、通过改变送丝机的送丝速度，调整脉冲激光束6的空间位置可以控制电弧高度，计算机控制系统1根据控制脉冲激光束6的出光时间和脉冲频率。本专利技术的双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法，打破传统电弧熔敷速度和热输入固有的搭配，利用激光轰击熔滴，促进熔滴过渡，实现焊丝熔敷速度和工件热输入分开调节，灵活调整焊接过程中的传热传质。调节连续激光束，脉冲激光束和双丝焊枪的空间位置，使连续激光束作用在母材上，脉冲激光作用在双丝焊枪上端焊丝熔滴固液界面的颈缩处；连续激光加热母材，形成匙孔，电弧加热焊丝，形成熔滴，熔滴尺寸逐渐增大；同时，脉冲激光束发射出一定频率的激光照射到上端焊丝熔滴上，给熔滴一定频率的激光蒸发反冲力；蒸发反冲力“切割”熔滴，脉冲频率的改变使熔滴尺寸、过渡频率、飞行方向和轨迹发生变化，促进熔滴完成过渡。减小焊接电流，调节脉冲激光峰值功率，脉宽和脉冲频率，使熔滴在激光蒸发反力的轰击下脱离焊丝，促进熔滴过渡进入熔池，增加熔敷效率，计算机控制系统通过检测电弧电压的变化，实现固定弧长的闭环控制。与已有的激光电弧复合热源焊接方法相比，本专利技术可以实现大熔深、低飞溅、高焊速、窄热影响区(低热输入)的高效率、高质量的焊接，具有精度高和稳定性、重复性好的有益效果。本专利技术是一种利用双激光和双丝旁路电弧新型复合方式，利用连续激光作用在母材上，增加焊缝熔深，脉冲激光作用在一端焊丝上，利用激光轰击熔滴促使熔滴在较小电流范围内过渡，在不增加电流和热输入的情况下很好的实现熔滴稳定过渡，增加焊接速度和焊缝熔深的同时减少对母材的热输入，降低焊接飞溅，实现大熔深，低飞溅，高焊速，窄热影响区(低热输入)的高效率、高质量的焊接。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应视为属于本专利技术由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
双激光‑双丝旁路电弧复合的焊接方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一、调节连续激光束、脉冲激光束和双丝焊枪的空间位置，使连续激光束作用在母材上，脉冲激光作用在双丝焊枪上端焊丝熔滴固液界面的颈缩处；步骤二、电弧加热焊丝，形成熔滴，熔滴尺寸逐渐增大，同时，脉冲激光束发射出一定频率的激光照射到上端焊丝熔滴上，给熔滴一定频率的激光蒸发反冲力；步骤三、蒸发反冲力切割熔滴，脉冲频率的改变使熔滴尺寸、过渡频率、飞行方向和轨迹发生变化，促进熔滴完成过渡；步骤四、使熔滴在激光蒸发反力的轰击下脱离焊丝，促进熔滴过渡进入熔池；步骤五、计算机控制系统通过检测电弧电压的变化，实现固定弧长的闭环控制。

【技术特征摘要】
1.双激光-双丝旁路电弧复合的焊接方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一、调节连续激光束、脉冲激光束和双丝焊枪的空间位置，使连续激光束作用在母材上，脉冲激光作用在双丝焊枪上端焊丝熔滴固液界面的颈缩处；步骤二、电弧加热焊丝，形成熔滴，熔滴尺寸逐渐增大，同时，脉冲激光束发射出一定频率的激光照射到上端焊丝熔滴上，给熔滴一定频率的激光蒸发反冲力；步骤三、蒸发反冲力切割熔滴，脉冲频率的改变使熔滴尺寸、过渡频率、飞行方向和轨迹发生变化，促进熔滴完成过渡；步骤四、使熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，贾亚洲，肖珺，王立伟，曾扬博，温涛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11