一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法技术

本发明专利技术创造提供的一种低合金钢低功率激光‑电弧复合全位置焊接方法，采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0‑2mm；激光束是垂直入射，激光焦点的位置设置在母材表面之下所需熔深的1/4位置；根据焊接位置、板厚、坡口形式、焊接速度、焊接电流确定相匹配的激光功率，其范围是：100‑600W。本发明专利技术创造的有益效果是：通过低功率激光‑MAG复合焊的复合方式、热源间距、倾斜角度、激光功率、激光离焦量等参数的控制，可实现低合金钢板材的全位置焊接过程，焊接速度为单纯电弧热源焊接的3～5倍，使得在较小能耗下也能高效实现低合金钢全位置焊的高质量焊接成型。

Low power laser arc hybrid all position welding method for low alloy steel

The invention provides a low-power laser-arc hybrid all-position welding method for Low-Alloy steel, in which induction laser welding is carried out synchronously before and after MAG welding; the heat source spacing D of laser welding and MAG welding is 0_2 mm; the laser beam is perpendicularly incident, and the position of laser focus is set at 1/4 of the required depth below the base metal surface. According to welding position, plate thickness, groove type, welding speed and welding current, the matching laser power is determined, and the range is: 100 600W. The invention has the beneficial effect of realizing the all-position welding process of low-alloy steel sheet by controlling the composite mode, heat source spacing, inclination angle, laser power, laser defocusing amount and other parameters of low-power laser MAG hybrid welding, and the welding speed is 3-5 times that of pure arc heat source welding, so as to reduce energy consumption. It can also achieve high quality welding of low alloy steel in all position welding.

【技术实现步骤摘要】
一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法
本专利技术创造属于材料焊(连)接
，尤其是涉及机械制造、船舶、汽车、轨道交通装备、石油化工、海洋装备、压力容器及军工等
的一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法。
技术介绍
众所周知，激光-电弧复合焊接作为一种新的现代激光焊接新方法，利用两种不同作用的热源相互作用，发挥其各自的优势，同时弥补了对方的不足，具有独特的优势：①高效率，低能耗；②增加焊缝熔深，稳定焊接电弧；③与激光焊相比，提高了焊接适应性，适用于批量生产过程；④通过合理的参数调节，改善焊缝成型。复合焊接过程中，激光热源主要有CO2激光，YAG激光，光纤激光等；电弧热源主要有：TIG，GMA,Plasma电弧等；其复合方式有同轴复合，旁轴复合，甚至是多电极与单激光复合。国际上已将激光-电弧复合焊技术应用于汽车、船舶、航天航空、石油化工等工业领域，在改善产品质量、提高生产效率、处理负责工况、降低生产能耗、实现绿色环保等方面取得了显著的效果。国内激光-电弧复合焊技术的研发及应用尚处于起步阶段。因此，基于激光-电弧耦合特点和激光-电弧复合焊参数的影响规律，研发低合金钢低功率激光-电弧复合焊接技术在冶金、机械、船舶、汽车、管道、石油化工、海洋装备、压力容器及军工等领域具有重要的实用价值和广阔的应用前景。激光-电弧复合焊可分为高功率激光-电弧复合焊和低功率激光-电弧复合焊，在高功率激光-电弧复合焊中，激光的输出功率大于1千瓦，且激光起主要作用，电弧为辅助热源作用；在低功率激光-电弧复合焊中，激光的输出功率小于1千瓦，是利用激光与电弧进行耦合产生的效应进行焊接，低功率激光对电弧具有诱导增强的作用，可以表现出整体更优良的焊接特性。虽然近年来激光-电弧复合焊接技术得到了飞速的发展，但是主要是以4-6kw的高功率激光与电弧进行复合，高功率激光-电弧复合焊接技术本身就是以激光为主要热源，电弧为辅助热源，虽然具备熔深大、间隙容忍度高等优势，但是由于激光功率高导致等离子过度膨胀问题引起焊接过程的不稳定，并且目前激光装置的光电转化效率不高，高功率的激光的能量损失会很大，造成过度的能量浪费现象。以焊接厚度为20mm的低碳钢板对接接头为例，同样的焊接成型效果下，相比高功率激光电弧复合焊，低功率激光-电弧复合焊接的能耗可以降低80％左右，因此激光的功率越低，相应的能量损耗就越少。目前关于低功率激光-电弧复合焊的研究还处于物理机制的理论研究阶段，实验室条件下也主要是针对镁合金或者铝合金开展，针对低碳钢的研究较少；同时，低功率激光-电弧复合焊的焊接工艺的研究也处于起步阶段，且各类焊接工艺也仅围绕于平焊位置的范畴，这显然无法满足实际生产中全自动化焊接的要求。
技术实现思路
本专利技术创造要解决的问题是提供一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法，将低功率激光-电弧复合焊接技术应用到低合金钢的焊接生产过程中，该技术系统地研究了使用低功率YAG脉冲激光与MAG焊复合焊枪，焊接低合金钢在平焊、平角焊，横焊，立焊，仰焊位置的焊接工艺，实现了较小能耗下的高质量焊接成型。为解决上述技术问题，本专利技术创造采用的技术方案是：一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法，该方法包括有以下步骤：(1)根据焊接位置设定复合方式和热源间距：复合方式采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0-2mm；(2)激光束是垂直入射，与母材夹角为90°；MAG焊枪与母材的角度设为α，α的角度根据不同的焊接位置进行设定：平焊、横焊位置下α为30-40°，立焊、仰焊位置下α为40-45°；(3)根据焊接接头熔深设置激光焊的焊接离焦量，激光焦点的位置设置在母材表面之下所需熔深的1/4位置；(4)根据焊接位置、板厚、坡口形式、焊接速度、焊接电流确定相匹配的激光功率，所述激光频率的范围是：100-600W；(5)在立焊焊接位置时需设置焊枪摆动频率、焊缝边缘停留时间与摆动宽度：焊枪摆动频率范围：1-5HZ；焊缝边缘停留时间：0.05-0.3s；摆动宽度：为需填充的焊道的整体宽度值。进一步地，所述复合全位置焊接方法中的焊接接头设计为：低合金钢板厚在2-5mm范围的，对接接头不需要开坡口，接头组对间隙a为0-2mm；低合金钢板厚在5-25mm范围的，根据板厚对接接头所需坡口角度θ范围为25-50°，接头组对间隙a为0-1mm；钝边尺寸h为0-2mm。进一步地，根据不同焊接位置，接头形式，板厚设置相应的焊接工艺参数如下：保护气流量：18-25L/min；焊接速度范围：1.5-20mm/s；焊接电流：80-300A；干伸长：12-20mm。本专利技术创造具有的优点和积极效果是：通过低功率激光-MAG复合焊的复合方式、热源间距、倾斜角度、激光功率、激光离焦量等参数的控制，同时还有相应的焊接工艺参数的配合可以实现低合金钢板材的全位置焊接过程，焊接过程稳定，飞溅小，同时获得焊缝表面成型好，单面焊双面成型良好，无裂纹、气孔、咬边、未焊透、未熔合等缺陷的焊缝，焊接速度为单纯电弧热源焊接的3～5倍，使得在较小能耗下也能高效实现低合金钢全位置焊的高质量焊接成型。附图说明图1是低合金钢低功率激光-电弧复合焊接试件的坡口示意图；图2是为激光束与MAG焊枪复合焊接过程中的相对位置示意图；图3是实施例1中利用复合焊在立向上位置焊接试件后的正面焊缝成型图；图4是实施例1中利用复合焊在立向上位置焊接试件后的反面焊缝成型图；图5是实施例2中利用复合焊在仰角焊位置焊接试件后的正面焊缝成型图；图6是实施例2中利用复合焊在仰角焊位置焊接试件后的反面焊缝成型图；图7是实施例3中利用复合焊在横焊位置焊接试件后的正面焊缝成型图；图8是实施例3中利用复合焊在横焊位置焊接试件后的反面焊缝成型图；图9是实施例4中利用复合焊在平焊位置焊接试件后的正面焊缝成型图；图10是实施例4中利用复合焊在平焊位置焊接试件后的反面焊缝成型图。具体实施方式本专利技术创造在于提供一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法，该方法包括有下列步骤：(1)根据焊接位置设定复合方式和热源间距：复合方式采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0-2mm(如图2所示)；(2)激光束是垂直入射，与母材夹角为90°；MAG焊枪与母材的角度设为α，α的角度根据不同的焊接位置进行设定：平焊、横焊位置下α为30-40°，立焊、仰焊位置下α为40-45°(如图2所示)；(3)根据焊接接头熔深设置激光焊的焊接离焦量，激光焦点的位置设置在母材表面之下所需熔深的1/4位置；(4)根据焊接位置、板厚、坡口形式、焊接速度、焊接电流确定相匹配的激光功率，所述激光频率的范围是：100-600W；(5)在立焊焊接位置时需设置焊枪摆动频率、焊缝边缘停留时间与摆动宽度：焊枪摆动频率范围：1-5HZ；焊缝边缘停留时间：0.05-0.3s；摆动宽度：为需填充的焊道的整体宽度值。进一步地，如图1所示，所述复合全位置焊接方法中的焊接接头设计为：低合金钢板厚在2-5mm范围的，对接接头不需要开坡口，接头组对间隙a为0-2mm；低合金钢板厚在5-25mm范围的，根据板厚对接接头所需坡口角度θ范围为25-50°，接头组对间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低合金钢低功率激光‑电弧复合全位置焊接方法，其特征在于，该方法包括有以下步骤：(1)根据焊接位置设定复合方式和热源间距：复合方式采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0‑2mm；(2)激光束是垂直入射，与母材夹角为90°；MAG焊枪与母材的角度设为α，α的角度根据不同的焊接位置进行设定：平焊、横焊位置下α为30‑40°，立焊、仰焊位置下α为40‑45°；(3)根据焊接接头熔深设置激光焊的焊接离焦量，激光焦点的位置设置在母材表面之下所需熔深的1/4位置；(4)根据焊接位置、板厚、坡口形式、焊接速度、焊接电流确定相匹配的激光功率，所述激光频率的范围是：100‑600W；(5)在立焊焊接位置时需设置焊枪摆动频率、焊缝边缘停留时间与摆动宽度：焊枪摆动频率范围：1‑5HZ；焊缝边缘停留时间：0.05‑0.3s；摆动宽度：为需填充的焊道的整体宽度值。

【技术特征摘要】
1.一种低合金钢低功率激光-电弧复合全位置焊接方法，其特征在于，该方法包括有以下步骤：(1)根据焊接位置设定复合方式和热源间距：复合方式采用诱导激光焊在前、MAG焊在后同步进行；激光焊和MAG焊的热源间距d为0-2mm；(2)激光束是垂直入射，与母材夹角为90°；MAG焊枪与母材的角度设为α，α的角度根据不同的焊接位置进行设定：平焊、横焊位置下α为30-40°，立焊、仰焊位置下α为40-45°；(3)根据焊接接头熔深设置激光焊的焊接离焦量，激光焦点的位置设置在母材表面之下所需熔深的1/4位置；(4)根据焊接位置、板厚、坡口形式、焊接速度、焊接电流确定相匹配的激光功率，所述激光频率的范围是：100-600W；(5)在立焊焊接位置时需设置焊枪摆动频率、焊缝边缘停留时间与摆动宽度：焊枪摆动频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙莉，金树凤，刘黎明，宋刚，赵东彬，周涵，
申请(专利权)人：天津电力机车有限公司，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12