一种激光扫描‑TIG复合熔池震荡焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种激光扫描‑TIG复合熔池震荡焊接方法，通过激光扫描和TIG焊复合实现，包括：焊接时，选择激光扫描坡口在前，TIG焊枪焊接在后，或者TIG焊枪焊接在前，激光扫描坡口在后的两种复合焊接方式，而激光扫描熔池的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，激光扫描坡口两侧的范围相同或不同，或者激光仅扫描坡口的一侧，扫描轨迹可以为圆形、正弦、三角形或者选择性地扫描特定的区域。本发明专利技术利用激光与电弧的相互增强和耦合作用，增加熔深和提高效率，并通过激光扫描焊接熔池从而实现对熔池的搅拌，降低温度梯度，改善凝固结晶过程，提高焊接接头性能。

A laser scanning TIG composite weld pool oscillation welding method

The invention discloses a laser scanning TIG composite weld pool oscillation welding method by laser scanning and TIG welding, including welding, selection of laser scanning groove before, TIG welding after welding or TIG before and after laser scanning in the groove two composite welding method, and the molten pool of laser scanning trajectory according to the different material and welding requirements in different ways, both sides of the groove of the laser scanning range of the same or different, only one side of the groove or laser scanning, scanning trajectory can be circular, sine, triangle or selectively scan specific area. The invention increases the penetration depth and improves the efficiency by enhancing and coupling the laser and the arc, and realizes the stirring of the molten pool by laser scanning and welding pool so as to reduce the temperature gradient, improve the solidification crystallization process and improve the performance of the welded joint.

【技术实现步骤摘要】
一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法
本专利技术涉及到高精度激光焊接制造
，尤其涉及到一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法。
技术介绍
当前激光焊接由于能量密度大，热输入低，焊接变形小，焊接效率高，焊接质量好，在汽车、造船、航空和航天、核电等国民经济的重要领域开始得到广泛的应用和推广。激光-TIG复合焊接可以将激光焊接和TIG焊接两种方法的优势结合起来，获得较好的焊接质量，并利用激光和电弧的相互吸引增强效应，获得更大的熔深和更高的效率。但由于激光能量密度高、焊接速度快，焊缝凝固时温度梯度较大，导致晶粒粗大，这在一定程度上影响焊接接头的机械性能。而激光-TIG焊的熔深较深，熔宽窄，对焊缝边缘的润湿性和铺展性不强，在厚板窄间隙焊接中很容易导致侧壁未熔合或者层间未熔合问题。另外，激光-TIG复合焊由于激光作用焊缝的位置固定不变，这对有差异性的两块焊件焊接时很难调控两侧的热量分布，难以得到好的焊接质量。专利技术专利CN101716701A提出了激光-GMA电弧复合焊接装置实现摆动焊接的方法，焊接时，电弧焊枪基本保持不动，激光束聚焦焊枪在焊接电弧前呈“S”形来回摆动，适用于解决10mm以上的中厚板焊缝层间和侧壁未熔合、夹渣、气孔等缺陷等问题。而哈尔滨焊接研究所学位论文“不锈钢纯Ar保护激光扫描_CMT复合焊接研究”提出了激光扫描-CMT的复合焊接方法，激光在电弧前扫描，延长了熔池边沿液态金属的凝固时间，有利于熔池金属向焊缝边沿铺展，最终获得成形规则、稳定的焊缝。可以看出，现有技术中仅提出了激光扫描与GMA进行复合的焊接方法，且只有S形摆动轨迹。而现有技术中指出了激光扫描与CMT的复合，但仅研究了对称的沿焊缝坡口截面线性往复扫描轨迹。对其他的焊接方法和扫描轨迹都没有涉及。另外，通常通过外加超声、电磁、电弧、机械等方式对熔池进行搅拌，可以降低熔池的温度梯度，改善凝固结晶过程，提高形核率和促进等轴晶的形成，减少成分偏析，加快气孔溢出，抑制缺陷等。但由于需外加辅助装置，枪头部分往往较大，往往在一定程度上限制了焊枪的可达性。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种激光扫描-TIG复合焊接方法，本专利技术既高效、又能降低温度梯度、改善凝固结晶过程，具有良好的润湿铺展性并具有可选择区域性激光加热。为实现上述目的，本专利技术是根据以下技术方案实现的：一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法，通通过激光扫描和TIG焊接复合实现，其特征在于，包括：焊接时，选择激光扫描坡口在前，TIG焊枪焊接在后，或者TIG焊枪焊接在前，激光扫描坡口在后的两种复合焊接方式，而激光扫描熔池的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，激光扫描坡口两侧的范围相同或不同，或者激光仅扫描坡口的一侧。上述技术方案中，所述激光与所述TIG焊枪之间的角度范围在15-60度。上述技术方案中，所述激光中心点与TIG焊枪的电弧电极的熔池中心的距离范围为1-6mm。上述技术方案中，所述TIG焊枪的电极尖端至工件的距离范围为1-5mm。上述技术方案中，设置激光功率范围在20-6000W，电弧功率范围在500-5KW，而激光扫描频率范围在2-200Hz,扫描范围在0-10mm。上述技术方案中，所述激光扫描焊接熔池的轨迹为圆形、椭圆、正弦、三角形或者为选择性地特定的区域的扫描轨迹。上述技术方案中，所述激光扫描焊接熔池的轨迹为直线往复或者横向来回摆动的扫描轨迹。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：相比与激光-TIG复合焊接，除了电弧与激光的相互耦合增强作用，增加了熔深，同时通过高速扫描熔池，实现了熔池的搅拌作用，改善了凝固结晶过程，细化了晶粒、改善了组织，抑制了气孔等缺陷。相比与电磁搅拌、超声搅拌等搅拌形式更加灵活，可以容易地改变扫描的频率、幅值、扫描的轨迹、扫描的区域等，对于改善凝固结晶过程、抑制焊接缺陷等更加有利。激光为非接触性热源，可以远距离对熔池进行扫描，因此相比于电磁搅拌等需要附加装置，其可达性更好。在搅拌熔池的同时，由于激光与电弧之间具有相互的耦合增强作用，还可以显著增加熔深、提高焊接效率。对有差异性的两种材料的连接，可以通过选择特定的范围和区域进行扫描，这对于具有差异性材料的连接具有较大的优势。通过有选择性的扫描，减少和平衡两种金属的热差异性，从而改善难焊材料的焊接适应性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术的实施例的激光扫描-TIG复合焊接方法示意图；图2(a)-2(c)为激光多种扫描形式与TIG电弧耦合关系示意图。其中，附图标记：1-激光，2-TIG焊枪，3-扫描轨迹，31-三角形扫描轨迹、32-正弦扫描轨迹、33-圆形扫描轨迹。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法，通过激光扫描和TIG焊接复合实现，其特征在于，包括：焊接时，选择激光扫描坡口在前，TIG焊枪焊接在后，或者TIG焊枪焊接在前，激光扫描坡口在后的两种复合焊接方式，而激光扫描熔池的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，激光扫描坡口两侧的范围相同或不同，或者激光仅扫描坡口的一侧。本专利技术的技术方案中激光与所述TIG焊枪之间的角度范围在15-60度。所述激光中心点与TIG焊枪的电弧电极的熔池中心的距离范围为1-6mm。所述TIG焊枪的电极尖端至工件的距离范围为1-5mm。设置激光功率范围在20-6000W，电弧功率范围在500-5KW，而激光扫描频率范围在2-200Hz,扫描范围在0-10mm。而激光扫描熔池的轨迹可以是任意形式，根据不同的材料以及焊接要求可以有不同的方式，激光扫描焊接熔池的轨迹可以为圆形、椭圆、正弦或者三角形的扫描轨迹或者直线往复或者横向来回摆动的扫描轨迹，甚至可以是仅有高频脉冲作用熔池，或者为选择性地特定的区域的扫描轨迹。当TIG焊接时，激光同时扫描焊接熔池，一方面利用激光与电弧的相互增强耦合作用，增加熔深及提高效率，另外一方面利用激光扫描对熔池的搅拌作用，降低熔池的温度梯度、改善凝固结晶过程，细化晶粒，减少缺陷。焊接时扫描激光对熔池施加搅拌的方法有多重多样，比如脉冲、圆形，正弦波，三角波等多种方法。当然还可以针对两种有差异性材料的连接选择有方向性地，选择性地扫描，减少和平衡两种金属的热差异性，从而改善难焊金属的焊接适应性。图1为本专利技术的实施例的激光扫描-TIG复合焊接方法示意图；实施例一采用采用激光扫描-TIG焊复合焊接方式，如图1所示的相对位置关系。其中激光1的中心与TIG焊枪2的电弧电极焊接熔池中心距离DLA为2mm；TIG焊枪2与激光1中心位置的夹角为30度；TIG焊枪2的电极尖端距工件表面的距离h为2mm。激光平均功率150W，激光扫描频率100Hz，焊接脉冲电流100A，基值电流20A，脉冲频率为40H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光扫描‑TIG复合熔池震荡焊接方法，通过激光扫描和TIG焊接复合实现，其特征在于，包括：焊接时，选择激光扫描坡口在前，TIG焊枪焊接在后，或者TIG焊枪焊接在前，激光扫描坡口在后的两种复合焊接方式，而激光扫描熔池的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，激光扫描坡口两侧的范围相同或不同，或者激光仅扫描坡口的一侧。

【技术特征摘要】
1.一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法，通过激光扫描和TIG焊接复合实现，其特征在于，包括：焊接时，选择激光扫描坡口在前，TIG焊枪焊接在后，或者TIG焊枪焊接在前，激光扫描坡口在后的两种复合焊接方式，而激光扫描熔池的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，激光扫描坡口两侧的范围相同或不同，或者激光仅扫描坡口的一侧。2.根据权利要求1所述的一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法，其特征在于：所述激光与所述TIG焊枪之间的角度范围在15-60度。3.根据权利要求1所述的一种激光扫描-TIG复合熔池震荡焊接方法，其特征在于：所述激光中心点与TIG焊枪的电弧电极的熔池中心的距离范围为1-6mm。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轲，张裕明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31