一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法技术

本发明专利技术涉及一种小功率大光斑激光‑MAG电弧复合堆焊方法，该方法包括如下步骤：(1)利用夹具将激光头与MAG焊枪固定；(2)调节激光束作用于被焊工件上的激光光斑尺寸至设定范围；(3)调节MAG焊枪位置，使得激光光斑入射点和焊丝轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离在设定范围且激光光斑入射方向和焊丝轴线之间的夹角也在设定范围；(4)焊接过程中，调节激光功率和送丝速度，改变焊丝端头的熔化状态，使电弧形态由圆柱形向圆锥形变化；调节MAG电弧输出能量，减小熔池在母材厚度方向的熔化深度，增加熔池在母材表面的熔化面积。与现有技术相比，本发明专利技术实现小型空心辊类高效、高质量稳定堆焊，堆焊效率高。

A method of laser MAG arc composite surfacing with small power and large spot

【技术实现步骤摘要】
一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法
本专利技术涉及一种复合堆焊方法，尤其是涉及一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法。
技术介绍
目前连铸辊的表面堆焊主要采用传统的埋弧焊和明弧自保护焊为主。埋弧堆焊熔敷效率高，堆焊成本低，但堆焊小直径连铸辊时，因其热输入大，焊后轴向收缩较大，辊内机械定位尺寸需要重新加工，因此，埋弧堆焊常用于大直径(180mm以上)连铸辊的表面堆焊。明弧自保护堆焊因其设备、工艺简单，操作方便，熔敷效率高，稀释率低，热输入小，逐渐替代埋弧堆焊，近几年已被奥钢联指定为连铸辊堆焊的主要方法，尤其是中小直径(140-180mm)连铸辊的堆焊。随着连铸设备、技术不断发展，小型空心连铸辊在冶金行业中的应用更加广泛。针对小型空心连铸辊(密排辊直径100-120mm)堆焊时，明弧自保护堆焊的热输入、稀释率、焊缝成形已不适合，堆焊时会对基材造成较大的热影响，导致焊缝组织疏松，枝晶粗大，易使小型空心连铸辊受热变形，难以满足小型空心连铸辊堆焊修复需求。激光堆焊可以精确控制热输入、稀释率低，但因其熔池冷却速度快，容易引起应力不平衡，焊后焊缝和热影响区韧性低易出现裂纹；同时连铸辊的堆焊不但包含表面改性，还包含机械尺寸的恢复，需激光多层堆焊，效率较低，不易进行连铸辊的批量堆焊。因此目前对于小型空心连铸辊的堆焊还没有合适的堆焊方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法，该方法包括如下步骤：(1)利用夹具将激光头与MAG焊枪固定；(2)调节激光束作用于被焊工件上的激光光斑尺寸至设定范围；(3)调节MAG焊枪位置，使得激光光斑入射点和焊丝轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离在设定范围且激光光斑入射方向和焊丝轴线之间的夹角也在设定范围；(4)焊接过程中，调节激光功率和送丝速度，改变焊丝端头的熔化状态，使电弧形态发生由MAG堆焊扁圆柱形向激光-MAG电弧复合堆焊圆锥形的变化；利用激光输出功率可精确控制的特性，调节MAG电弧输出能量，在保证熔化焊丝提供熔敷金属的前提下，减小熔池在母材厚度方向的熔化深度，增加熔池在母材表面的熔化面积。所述的激光光斑尺寸设定范围为2-5mm。所述的激光光斑入射点和焊丝轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离的设定范围为0～6mm。所述的激光光斑入射方向和焊丝轴线之间的夹角的设定范围为20～40°。进行复合堆焊时采用熔化极明弧自保护药芯焊丝堆焊或熔化极气保护药芯焊丝堆焊。所述的焊丝包括C-Cr型药芯焊丝或Ni-Cr型药芯焊丝，根据被焊工件表面堆焊层的焊接性能确定所用焊丝。当要求被焊工件表面堆焊层硬度高时，采用C-Cr型药芯焊丝，当要求被焊工件表面堆焊层耐腐蚀性高时，采用Ni-Cr型药芯焊丝。激光功率最优范围为0.5～2kW，送丝速度最优范围为3-7m·min-1。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆过程中，MAG电弧主要用于熔化焊丝提供熔敷金属以及熔化母材表面，小功率大光斑的运用是本专利技术的堆焊方法实现小型空心辊类高效、高质量稳定堆焊的关键。它的作用，一是作为焊接热源的小功率大光斑与MAG电弧复合，能够稳定MAG电弧，电流变异系数由MAG堆焊的19.98变为激光-MAG焊的15.5，电流变异系数降低了22％；二是改变MAG电弧空间，增大电弧作用面积，增加母材熔化表面积；三是弱化MAG电弧实际输出电流，降低母材厚度方向熔化深度；四是在保证相同堆焊电流堆焊时，激光的加入可以实现更大送丝速度的稳定堆焊，同时获得更小的余高-熔宽比和稀释率，即明显提升了堆焊效率，改善了焊缝成形，从而实现小型空心辊类高效、高质量稳定堆焊。(2)本专利技术的小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊实现了小型空心辊类的高效、高质量稳定堆焊。与MAG电弧堆焊相比，其堆焊焊缝的余高-熔宽比降低了14％，稀释率降低了20％，热影响区宽度降低了28％，熔敷速度提高了40％以上。电流变异系数由MAG堆焊的19.98变为激光-MAG焊的15.5，电流变异系数降低了22％，明显增强了堆焊过程的稳定性。复合堆焊焊缝的板条马氏体特征更加明显，热影响区晶更加均匀细小，焊缝横截面硬度更高。附图说明图1为本专利技术小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法实现过程状态示意图。图中，1为焊丝，2为MAG电弧，3为表面堆焊层，4为母材熔化层，5为母材，6为激光束，7为激光光斑。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例如图1所示，一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法，该方法包括如下步骤：(1)利用夹具将激光头与MAG焊枪固定。(2)调节激光束6作用于被焊工件上的激光光斑7尺寸至设定范围，激光光斑7尺寸设定范围为2-5mm。(3)调节MAG焊枪位置，使得激光光斑7入射点和焊丝1轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离在设定范围且激光光斑7入射方向和焊丝1轴线之间的夹角也在设定范围，激光光斑7入射点和焊丝1轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离单的设定范围为0～6mm。激光光斑7入射方向和焊丝1轴线之间的夹角的设定范围为20～40°。(4)焊接过程中，调节激光功率和送丝速度，改变焊丝1端头的熔化状态，使电弧形态发生由MAG堆焊扁圆柱形向激光-MAG电弧2复合堆焊圆锥形的变化，降低MAG电弧2作用点漂移率，减小熔滴过渡直径，增大熔滴过渡频率，稳定熔滴落点，熔滴过渡轨迹形成沿轴过渡。同时，在焊接过程中，利用激光输出功率可精确控制的特性，调节MAG电弧2输出能量，在保证熔化焊丝1提供熔敷金属的前提下，减小熔池在母材5厚度方向的熔化深度，增加熔池在母材5表面的熔化面积。进行复合堆焊时采用熔化极明弧自保护药芯焊丝1堆焊或熔化极气保护药芯焊丝1堆焊，选用熔化极明弧自保护药芯焊丝1进行复合堆焊时，不需要任何外加保护气。焊丝1包括C-Cr型药芯焊丝1或Ni-Cr型药芯焊丝1，根据被焊工件表面堆焊层3的焊接性能确定所用焊丝1。当要求被焊工件表面堆焊层3硬度高时，采用C-Cr型药芯焊丝1，当要求被焊工件表面堆焊层3耐腐蚀性高时，采用Ni-Cr型药芯焊丝1。对于要求堆焊工艺同时具有效率高、稀释率低、表面成形良好和焊后变形小特点的零件(小型空心辊类和大型轴承类的表面修复)，可利用本专利技术的小功率大光斑激光-MAG电弧2复合堆焊的技术实现高效、高质量稳定堆焊。在本专利技术的小功率大光斑激光-MAG电弧2复合堆焊技术中，在进行表面堆焊过程中，MAG电弧2输出能量受控于激光输出功率，利用激光输出功率可精确控制的特性，调节MAG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n(1)利用夹具将激光头与MAG焊枪固定；/n(2)调节激光束作用于被焊工件上的激光光斑尺寸至设定范围；/n(3)调节MAG焊枪位置，使得激光光斑入射点和焊丝轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离在设定范围且激光光斑入射方向和焊丝轴线之间的夹角也在设定范围；/n(4)焊接过程中，调节激光功率和送丝速度，改变焊丝端头的熔化状态，使电弧形态发生由MAG堆焊扁圆柱形向激光-MAG电弧复合堆焊圆锥形的变化；利用激光输出功率可精确控制的特性，调节MAG电弧输出能量，在保证熔化焊丝提供熔敷金属的前提下，减小熔池在母材厚度方向的熔化深度，增加熔池在母材表面的熔化面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)利用夹具将激光头与MAG焊枪固定；
(2)调节激光束作用于被焊工件上的激光光斑尺寸至设定范围；
(3)调节MAG焊枪位置，使得激光光斑入射点和焊丝轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离在设定范围且激光光斑入射方向和焊丝轴线之间的夹角也在设定范围；
(4)焊接过程中，调节激光功率和送丝速度，改变焊丝端头的熔化状态，使电弧形态发生由MAG堆焊扁圆柱形向激光-MAG电弧复合堆焊圆锥形的变化；利用激光输出功率可精确控制的特性，调节MAG电弧输出能量，在保证熔化焊丝提供熔敷金属的前提下，减小熔池在母材厚度方向的熔化深度，增加熔池在母材表面的熔化面积。


2.根据权利要求1所述的一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法，其特征在于，所述的激光光斑尺寸设定范围为2-5mm。


3.根据权利要求1所述的一种小功率大光斑激光-MAG电弧复合堆焊方法，其特征在于，所述的激光光斑入射点和焊丝轴线与被焊工件表面接触点的之间的距离的设定范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘西洋，杨淼森，郭彦兵，张旺，方乃文，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31