一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种法向送丝的激光‑热丝TIG复合焊接方法。该方法包括：在被焊接厚板上的焊接部位设计出焊接坡口，利用大功率激光深熔穿透焊接实现坡口钝边的打底焊；采用激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝复合的方式对被焊接厚板坡口进行逐层填充焊，焊接过程中，应依据单层填充厚度调节复合焊炬到熔池的高度位置，其中，所述焊丝通过热丝加热装置感应加热，在焊接进给方向上，所述激光束设在所述焊丝的前方，所述非熔化电极设在所述焊丝的后方，并置于惰性气体保护罩中；采用上述复合焊接方式对被焊接厚板的坡口焊缝进行盖面焊，完成复合焊接。

A Laser-Hot Wire TIG Composite Welding Method with Normal Wire Feeding

【技术实现步骤摘要】
一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法
本专利技术属于焊接
，特别是涉及一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法。
技术介绍
激光电弧复合焊接是将物理性能、能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既能充分发挥两种热源各自的优势，又相互弥补了各自的不足，从而形成了一种全新高效的焊接方法。其中激光-TIG电弧复合焊接过程平稳，电弧稳定性好，易获得良好的焊缝成形。激光焊接有深熔焊和热导焊两种焊接模式，在厚板、中厚板窄间隙多层焊接过程中，当采用深熔焊接模式的激光束实现激光-TIG电弧复合焊接时，极易产生小孔型气孔且很难消除；当采用热导焊接模式的激光束实现激光引导TIG电弧的复合焊时，虽然焊接质量较好，然而熔敷效率低、焊接速度慢、热影响区大、焊接道次多，易导致较大的焊接应力和残余变形，对后期焊件校形增加了难度。热丝焊是在填充金属被送入熔池之前，通过加热使之达到一定温度，也就是对焊丝进行预热，实现高速高效焊接的目的。目前，热丝的加热方法主要包括电阻加热和高频感应加热。与电阻加热相比，高频感应加热具有热丝效率高、加热速度快；适用于各种金属材料的焊丝，特别是低电阻率焊丝的加热；没有旁路电流磁场干扰，消除了磁偏吹现象。因此，为提高焊丝的熔敷速度，减少焊接道次并降低焊接应力和残余变形，采用热丝焊是最佳解决方案之一。目前，激光-热丝TIG复合焊接时，均是将激光置中，热丝和TIG电弧分别置于激光束的前后侧，三者作用于同一熔池及其附近区域。当采用高频感应加热热丝时，焊丝加热区间的加热温度和加热深度均可实现精确控制。然而，由于加热装置原因，焊丝的加热区间距离熔池还有一段距离，精确控温的焊丝经过该距离、送入熔池前，在热辐射和热传导等因素的影响下，热丝存在一定的热损耗，即热丝温度会产生一定下降。对于散热快的金属材料，热丝的热损耗相对更大，降低了热丝的熔敷效率。因此，基于现有技术的不足，专利技术人提供了一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法，通过将激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝进行优化复合，使高频感应加热热丝在加热区间到熔池的散热区间内，获得激光束和非熔化电极弧柱区的二次加热，能够显著降低热丝在该散热区间内的热损耗，进一步提高热丝的熔敷效率。本专利技术的实施例提出了一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法，该方法包括：在被焊接厚板上的焊接部位设计出焊接坡口，利用大功率激光深熔穿透焊接实现坡口钝边的打底焊；采用激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝复合的方式对被焊接厚板坡口进行逐层填充焊，焊接过程中，应依据单层填充厚度调节复合焊炬到熔池的高度位置，其中，所述焊丝通过热丝加热装置感应加热，在焊接进给方向上，所述激光束设在所述焊丝的前方，所述非熔化电极设在所述焊丝的后方，并置于惰性气体保护罩中；采用上述复合焊接方式对被焊接厚板的坡口焊缝进行盖面焊，完成复合焊接。进一步地，在采用激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝复合的方式焊接过程中，三者共同作用在被焊接厚板坡口的熔池及其附近，激光束的焦点与焊接表面的离焦形式为正离焦，离焦量为5mm～30mm。进一步地，离焦激光束在焊接表面的光斑直径为3mm～10mm。进一步地，在复合焊接过程中，激光束与焊接表面法向的夹角为30°～45°，在复合焊接过程中，激光束能够同时对焊接表面和焊丝进行直接照射加热，在整个焊接过程起到预热作用。进一步地，所述激光束为光纤激光或YAG激光，激光束的焦长为150mm～500mm。进一步地，在复合焊接过程中，加热的焊丝与焊接表面法向的夹角为-10°～+10°。进一步地，非熔化电极的TIG电弧钨极尖端与焊接表面法向的倾角为30°～45°，所述钨极尖端与焊接表面的垂直距离为3mm～5mm，所述钨极尖端与加热焊丝到焊接表面的作用点之间的水平距离为3mm～5mm。进一步地，所述焊丝的直径为0.8mm～1.6mm，所述激光束的轴心与所述焊丝的轴心距离为±2mm。进一步地，所述热丝加热装置和所述焊丝的送丝机构均连接热丝电源，用于为送丝机构提供动力源，同时提供热丝加热装置的热源。进一步地，在被焊接厚板上的焊接部位设计出的焊接坡口为Y型坡口或U型坡口，采用Y型坡口或U型坡口时，坡口与钝边交界处设计有一小平台，平台宽度为2mm～4mm，钝边的单边为2mm～4mm；采用Y型坡口时，Y型坡口的坡口角度常取20°～60°。综上，本专利技术的法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法的有益效果有：(1)热丝置于激光束和非熔化电弧的中间且基本与焊接平面呈法向，三者共同作用于熔池及其附近。焊丝经热丝加热装置加热后，在送入熔池前的散热区间，热丝同时受激光束和TIG电弧弧柱的二次加热，不仅抑制了热丝在散热区间的热损耗，而且能够进一步提高热丝温度，从而进一步提高热丝的熔敷效率。。(2)呈离焦状态的激光束作用于热丝的同时，还能够直接照射熔池前沿附近的母材，对母材起到预热作用，而且激光束产生的等离子体也有利于吸引和稳定TIG电弧，使TIG电弧弧柱区的等离子体密度增加，更有利于二次加热热丝。(3)整个焊接过程在保持复合焊接过程稳定性的同时，填充效率更高，更有利于抑制焊接缺陷的产生和长大，尤其适用于厚板、中厚板的多层焊或多层多道焊，在克服层间未熔合、侧壁未熔合以及内部气孔等缺陷方面具有显著优势，进而获得高质量的焊接接头。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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他的附图。图1是本专利技术实施例的一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法应用场景示意图。图中：1-激光束；2-焊丝；3-热丝加热装置；4-非熔化电极；5-惰性气体保护罩；6-惰性气流；7-液态熔池；8-焊缝金属；9-焊接母材。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。激光电弧复合焊接是将物理性能、能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既能充分发挥两种热源各自的优势，又相互弥补了各自的不足，从而形成了一种全新高效的焊接方法。其中激光-TIG电弧复合焊接过程平稳，电弧稳定性好，易获得良好的焊缝成形。图1是一种法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法应用场景示意图。参见如图1所示，该复合焊接方法至少包括了以下步骤S110～步骤S130：步骤S110：在被焊接厚板(参照图1中的焊接母材9)上的焊接部位设计出焊接坡口，利用大功率激光深熔穿透焊接实现坡口钝边的打底焊。步骤S120：采用激光束1、非熔化电极4(TIG电弧钨极)与持续加热的焊丝2复合的方式对被焊接厚板坡口进行逐层填充焊，焊接过程中，应依据单层填充厚度调节复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.法向送丝的激光‑热丝TIG复合焊接方法，其特征在于，包括：在被焊接厚板上的焊接部位设计出焊接坡口，利用大功率激光深熔穿透焊接实现坡口钝边的打底焊；采用激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝复合的方式对被焊接厚板坡口进行逐层填充焊，焊接过程中，应依据单层填充厚度调节复合焊炬到熔池的高度位置，其中，所述焊丝通过热丝加热装置感应加热，在焊接进给方向上，所述激光束设在所述焊丝的前方，所述非熔化电极设在所述焊丝的后方，并置于惰性气体保护罩中；采用上述复合焊接方式对被焊接厚板的坡口焊缝进行盖面焊，完成复合焊接。

【技术特征摘要】
1.法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法，其特征在于，包括：在被焊接厚板上的焊接部位设计出焊接坡口，利用大功率激光深熔穿透焊接实现坡口钝边的打底焊；采用激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝复合的方式对被焊接厚板坡口进行逐层填充焊，焊接过程中，应依据单层填充厚度调节复合焊炬到熔池的高度位置，其中，所述焊丝通过热丝加热装置感应加热，在焊接进给方向上，所述激光束设在所述焊丝的前方，所述非熔化电极设在所述焊丝的后方，并置于惰性气体保护罩中；采用上述复合焊接方式对被焊接厚板的坡口焊缝进行盖面焊，完成复合焊接。2.根据权利要求1所述的法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法，其特征在于，在采用激光束、非熔化电极与持续加热的焊丝复合的方式焊接过程中，三者共同作用在被焊接厚板坡口的熔池及其附近，激光束的焦点与焊接表面的离焦形式为正离焦，离焦量为5mm～30mm。3.根据权利要求1所述的法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法，其特征在于，离焦激光束在焊接表面的光斑直径为3mm～10mm。4.根据权利要求1所述的法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方法，其特征在于，在复合焊接过程中，激光束与焊接表面法向的夹角为30°～45°，在复合焊接过程中，激光束能够同时对焊接表面和焊丝进行直接照射加热，在整个焊接过程起到预热作用。5.根据权利要求1所述的法向送丝的激光-热丝TIG复合焊接方...

【专利技术属性】
技术研发人员：许飞，陈俐，何恩光，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11