一种激光稳弧的交流电弧焊接方法技术

本发明专利技术公开一种激光稳弧的交流电弧焊接方法，通过焊接控制系统建立交流电弧，基于异步控制方法在传统交流电弧电流过零时加入激光，通过激光对电弧的辅助作用增加电流过零时交流电弧的稳定性；通过对激光作用角度和作用位置的调节，对激光稳弧效果进行调节，实现对电弧稳定性的有效改善，提高焊接过程稳定性；该焊接方法在传统交流非熔化极弧焊的基础上，添加电流过零时刻的激光辅助作用，不仅可以提高交流非熔化极弧焊电弧的稳定性，而且可以通过这种稳定性的提高，进一步提高焊缝质量。

Laser arc stabilizing alternating current arc welding method

The invention discloses an AC arc laser arc welding method, through the establishment of AC arc welding control system, control method of asynchronous zero join laser in traditional AC arc based on current, increase the stability of zero AC arc current through the auxiliary effect of laser on the arc; by adjusting the angle and position of the laser effect on. The effect of laser arc adjustment, to achieve effective improvement on the arc stability, improve the stability of the welding process; the welding method in the traditional communication based on non consumable electrode arc welding, laser assisted effect of adding zero time current, can not only improve the stability of AC MIG arc, but also can improve the stability of this. To further improve the quality of weld.

【技术实现步骤摘要】
一种激光稳弧的交流电弧焊接方法
本专利技术属于焊接方法
，尤其涉及一种激光稳弧的交流电弧焊接方法。
技术介绍
交流TIG氩弧焊应用于铝合金焊接其本质上可分为直流正接TIG氩弧焊和直流反接TIG氩弧焊,因此这种方法兼具直流正接TIG氩弧焊和直流反接TIG氩弧焊的优点，既可清理氧化膜又可减少钨极烧损。而等离子弧焊作为钨极氩弧焊的进阶技术，变极性等离子弧焊(VPPA)技术同样兼具交流TIG氩弧焊的优点，同时由于等离子弧能量密度高、指向性强，更加适用于铝合金的焊接，1978年马歇尔飞行中心(MSFC)，Hobart公司将VPPA技术开发并应用到运载火箭贮箱纵缝和环缝的焊接中，至今为止VPPA技术仍广泛应用于航空航天领域。不论是交流TIG氩弧焊还是VPPA技术都存在一个共同的问题，即在使用过程中，由于焊接电流频繁过零，焊接电弧具有频繁的熄弧和再引弧过程，从而使电弧稳定性变差，极大的影响了焊接过程的稳定性。而变极性电弧可再引燃必须满足以下两个条件：一是弧柱温度降低不多，并保持着足够高的电离度，二是新成为阴极的电极表面尚未失去发射电子的能力。这就要求电流过零时间极短使电弧温度不至于降低太多，但是实际应用中并不能将电流过零时间设置的极短。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有焊接方法的上述不足，进一步提高交流电弧焊过程中电弧的稳定性，实现高质量的焊接，提供了一种激光稳弧的交流电弧焊接方法。该方法操作简单，能够适应多种焊接环境，在基本不改变现有设备的情况下，通过电流过零时刻激光的辅助作用，显著提高交流电弧的稳定性，进而提高焊接过程的稳定性，实现高质量的焊接。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种激光稳弧的交流电弧焊接方法，通过交流电弧焊焊接装置实现，所述交流电弧焊焊接装置包括非熔化极焊枪、焊接电源及其控制系统、控制器、工件、激光器；所述非熔化极焊枪、焊接电源及其控制系统和工件构成交流弧焊系统的电气回路，控制器在监测电流值的同时，根据设定阈值使激光仅在电流过零时刻施加；所述交流电弧焊接方法，包括以下步骤：步骤一：焊接前，将待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，将其固定于焊接工装夹具上，非熔化极焊枪与激光器位于工件同侧，非熔化极焊枪的轴线与工件垂直，激光器的轴线与非熔化极焊枪的轴线呈α角；步骤二：进行工艺参数定：焊接电流为40～200A，焊接速度为0-4m/min，非熔化极焊枪弧高为2-8mm，保护气流量为5-20L/min，离子气流量为1.5-4L/min，变极性电流处于正、负极性的时间比值为0-1000，激光器开启与关闭的阈值为设定电流的10-99％；步骤三：首先建立正常的交流电弧，通过控制器实时监测电流值并与设定的开启和关闭激光器的阈值比较，当电流由正极性变负极性时，待监测到电流减小到设定的阈值时，开启激光器，使发出的激光束作用于电弧，待电流过零后增加到设定的阈值时，关闭激光器，使激光束不再作用于电弧；当电流由负极性变正极性时，待监测到电流减小到设定的阈值时，开启激光器，使激光束作用于电弧，待电流过零后增加到设定的阈值时，关闭激光器，使激光束不再作用于电弧；通过在电流过零时激光束的辅助作用增加变极性电流过零时电弧的稳定性，并循环往复，完成焊接。作为优选，焊接过程中，α角的变化区间为0-90°，激光作用在电弧上的位置，从工件处到电弧最高处均可以。作为优选，所述的焊接电源为交流、方波或为变极性焊接电源。作为优选，所述非熔化极焊枪为钨极氩弧(TIG)焊枪或为等离子弧焊枪。与现有技术相比，本专利技术方法的优点如下：1)与传统的交流非熔化极焊接方法相比，本专利技术的优势在于可显著提升电流过零时电弧的稳定性，改善焊接质量。2)与传统的激光-电弧复合焊接方法相比，本专利技术的优势在于激光仅用于维持焊接电弧的能量，保证大电流焊接中电流过零时的电弧等离子体的稳定存在，因此激光的功率输出和焊接材料及工况无关，采用小功率脉冲激光器即可满足要求，在焊接厚板时大幅降低成本。附图说明图1为激光稳弧的交流电弧焊示意图。图2为稳弧激光施加时刻示意图。图中：1、非熔化极焊枪，2、第一焊接电缆，3、焊接电源及其控制系统，4、第二焊接电缆，5、控制器，6、工件，7、激光器，8、激光束，9、电弧，10、第一导气管路，11、保护气瓶，12、第二导气管路，13、离子气瓶。具体实施方式以下参考附图具体的说明本专利技术的实施方式。但本专利技术并不限于以下实施例。如图1所示为激光稳弧的交流电弧焊示意图，如图2所示为稳弧激光施加时刻示意图。结合图1和图2对此焊接方法的具体实施方式进行详细的说明：如图所示，该激光稳弧的交流电弧焊焊接装置主要包括非熔化极焊枪1、第一焊接电缆2、焊接电源及其控制系统3、第二焊接电缆4、控制器5、工件6、激光器7、激光束8、电弧9、第一导气管路10、保护气瓶11、第二导气管路12、离子气瓶13；非熔化极焊枪1与激光器7位于工件6同侧，非熔化极焊枪1的轴线与工件垂直，激光器7的轴线与非熔化极焊枪1的轴线呈α角，控制器5在监测电流值的同时，根据设定阈值使激光仅在电流过零时刻施加，如图2所示的波形；其中非熔化极焊枪1、第一焊接电缆2、焊接电源及其控制系统3、第二焊接电缆4和工件5构成交流弧焊系统的电气回路；与该焊接方法有关焊枪所需的水路和气路连接方式采用常规的解法。所以不再具体进行说明。此焊接方法包括以下步骤：步骤1.将非熔化极焊枪1的气路水路按常规方法进行正确连接；将被焊工件6准备就绪；将非熔化极焊枪1、工件6等均连接到与焊接电源及控制系统3构成的回路中，其中非熔化极焊枪1的轴线垂直工件6；将激光器7的轴线与非熔化极焊枪1的轴线呈α角。步骤2.将交流弧焊系统和激光系统的电气回路均接通，进行工艺参数定：焊接电流为40～200A，焊接速度为0-4m/min，非熔化极焊枪弧高为2-8mm，保护气流量为5-20L/min，离子气流量为1.5-4L/min，变极性电流处于正、负极性的时间比值为0-1000，激光器开启与关闭的阈值为设定电流的10-99％。步骤3.首先建立正常的交流电弧9，通过控制器5实时监测电流值并与设定的开启和关闭激光器7的阈值比较，当电流由正极性变负极性时，待监测到电流减小到设定的阈值时，开启激光器7，使发出的激光束8作用于电弧9，待电流过零后增加到设定的阈值时，关闭激光器7，使激光束8不再作用于电弧9；当电流由负极性变正极性时，待监测到电流减小到设定的阈值时，开启激光器7，使激光束8作用于电弧9，待电流过零后增加到设定的阈值时，关闭激光器7，使激光束8不再作用于电弧9；通过在电流过零时激光束的辅助作用增加变极性电流过零时电弧的稳定性，并循环往复，完成焊接。焊接过程中，通过激光作用于电弧等离子体上，维持电弧等离子体的能量，从而保证焊接电流过零时电弧等离子体稳定存在。作为优选，焊接过程中，α角的变化区间为0-90°；激光束作用于电弧的位置距工件高度为0-弧高，即，激光作用在电弧上的位置，从工件处到电弧最高处均可以。作为优选，所述的焊接电源为交流、方波或为变极性焊接电源。作为优选，所述非熔化极焊枪为钨极氩弧(TIG)焊枪或为等离子弧焊枪。焊接过程中，通过α角大小、阈值及激光在电弧中作用位置的调节，对交流电弧的稳定性进行调整，实现稳定的焊接。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光稳弧的交流电弧焊接方法，其特征在于，通过交流电弧焊焊接装置实现，所述交流电弧焊焊接装置包括非熔化极焊枪、焊接电源及其控制系统、控制器、工件、激光器；所述非熔化极焊枪、焊接电源及其控制系统和工件构成交流弧焊系统的电气回路，控制器在监测电流值的同时，根据设定阈值使激光仅在电流过零时刻施加；所述交流电弧焊接方法，包括以下步骤：步骤一：焊接前，将待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，将其固定于焊接工装夹具上，非熔化极焊枪与激光器位于工件同侧，非熔化极焊枪的轴线与工件垂直，激光器的轴线与非熔化极焊枪的轴线呈α角；步骤二：进行工艺参数定：焊接电流为40～200A，焊接速度为0‑4m/min，非熔化极焊枪弧高为2‑8mm，保护气流量为5‑20L/min，离子气流量为1.5‑4L/min，变极性电流处于正、负极性的时间比值为0‑1000，激光器开启与关闭的阈值为设定电流的10‑99％；步骤三：首先建立正常的交流电弧，通过控制器实时监测电流值并与设定的开启和关闭激光器的阈值比较，当电流由正极性变负极性时，待监测到电流减小到设定的阈值时，开启激光器，使发出的激光束作用于电弧，待电流过零后增加到设定的阈值时，关闭激光器，使激光束不再作用于电弧；当电流由负极性变正极性时，待监测到电流减小到设定的阈值时，开启激光器，使激光束作用于电弧，待电流过零后增加到设定的阈值时，关闭激光器，使激光束不再作用于电弧；通过在电流过零时激光束的辅助作用增加变极性电流过零时电弧的稳定性，并循环往复，完成焊接。...

【技术特征摘要】
1.一种激光稳弧的交流电弧焊接方法，其特征在于，通过交流电弧焊焊接装置实现，所述交流电弧焊焊接装置包括非熔化极焊枪、焊接电源及其控制系统、控制器、工件、激光器；所述非熔化极焊枪、焊接电源及其控制系统和工件构成交流弧焊系统的电气回路，控制器在监测电流值的同时，根据设定阈值使激光仅在电流过零时刻施加；所述交流电弧焊接方法，包括以下步骤：步骤一：焊接前，将待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，将其固定于焊接工装夹具上，非熔化极焊枪与激光器位于工件同侧，非熔化极焊枪的轴线与工件垂直，激光器的轴线与非熔化极焊枪的轴线呈α角；步骤二：进行工艺参数定：焊接电流为40～200A，焊接速度为0-4m/min，非熔化极焊枪弧高为2-8mm，保护气流量为5-20L/min，离子气流量为1.5-4L/min，变极性电流处于正、负极性的时间比值为0-1000，激光器开启与关闭的阈值为设定电流的10-99％；步骤三：首先建立正常的交流电弧，通过控制器实时监测电流值并...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，张瑞英，蒋凡，张洪玮，李元锋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11