【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空心电弧-激光焊接领域，具体涉及一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法。
技术介绍
1、空心钨极电弧焊接技术，通过改变钨极形状，来改变焊接电流密度分布和电弧压力形态，极大降低了电弧压力，保证了很好的焊缝成形。但是在采用空心钨极电弧时，电弧中心轴线上的电流密度、温度、等离子流速明显降低，导致焊接速度不高和生产效率低。
2、进一步开发出空心钨极电弧-激光同轴复合焊接技术，激光加入产生的协同效应，复合热源可充分发挥激光和电弧的各自优势，可以在一定程度上提高焊接过程稳定性和焊接效率；同时降低焊枪空间尺寸和非对称热源在复杂路径焊接时的影响。但是，空心钨极电弧-激光同轴复合焊接技术也存在技术瓶颈：(1)电弧区域的金属蒸汽对激光能量的屏蔽和阻碍作用，导致激光能量利用率不高，进而造成焊接稳定性较差和焊接效率不高；同时对于焊接中厚板时，由于中心区域的能量不集中，易造成待焊接工件熔池的熔深较浅，无法可获得高效、稳定的大熔深焊接过程，易造成能量浪费和焊接缺陷增多；(2)常规空心钨极电弧-激光同轴复合焊接技术中电弧正压力对熔池的挖掘作用会导致熔池不稳定，产生焊接缺陷。在薄壁堆焊、倾斜焊中，焊接熔池会在重力、电弧吹力和表面张力的作用下向侧壁流淌，降低焊接成形工件的精度和性能。通过物理约束的方法虽然可以改善焊接熔池的侧壁流淌现象，但物理约束占用的焊接工件大、应对不同焊接情况的灵活性差，无法满足复杂构件的焊接和成形。同时，过大的电弧压力也会在焊接过程中产生飞溅，降低焊接质量。
3、鉴于此，本专利技术提出一种负压空心钨
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的在于提出一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，获得更加稳定的焊接质量和更高的焊接效率。
2、上述的目的通过以下的技术方案实现：
3、一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，具体包括以下步骤：
4、步骤1：焊接前准备：焊接前，将待焊工件进行打磨或清理，并将打磨或清洗后的待焊工件固定；
5、步骤2：调整激光和空心钨极轴心相对位置:使激光竖直从空心钨极中心穿过，保证激光可以与空心钨极同轴设置；
6、步骤3：设置焊接电源：将焊接电源一端连接空心钨极，另一端连待焊工件，根据焊接工艺要求，可以改变焊接电流方向和大小；
7、步骤4：设置激光参数和空心钨极电弧参数:激光功率100～5000w、激光光斑直径0.3～0.5mm；设置空心钨极焊接电流90～360a，焊接速度1～100mm/s,钨极外径1.8～5mm，钨极内径0.8～1.2mm，钨极高度3～8mm；
8、步骤5：开启焊接电源和激光器形成负压区域：激光从空心钨极中心射入至电弧区域，形成电弧-激光同轴复合热源，共同作用待焊工件表面，使工件随操作平台移动，通过在电弧中心形成负压区域，负压力为0至-300pa，负压力由电弧正压力对熔池的挖掘作用转变成向上吸附的负压力，进而改变电弧中金属蒸汽的密度分布和熔池中的运动规律，进而提高焊接效率和焊接稳定性。
9、进一步的，所述步骤5中激光器为co2气体激光器、yag固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；激光输出方式为连续激光或脉冲激光；
10、进一步的，所述激光为扫描激光，激光扫描路为“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形或正弦波形，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向；
11、进一步的，所述步骤5中的0至-300pa负压力产生方式为磁场、或者抽气+磁场两种；磁场方式为连续交变磁场方式、或者间歇交变磁场方式、或者脉冲磁场方式、或者脉冲交变磁场方式；磁场模式为纵向磁场模式、或者旋转纵向磁场模式；
12、进一步的，所述步骤5中负压大小可以通过改变磁场强度和电流大小进而改变不同程度的负压力，磁场强度0.02～0.06t，负压力是基于大气压力的相对压力；
13、进一步的，所述方法适用于负压电弧-激光复合焊接技术，或者负压电弧-激光复合增材制造技术，或者负压电弧-激光旁轴复合焊接技术，或者负压电弧-激光复合熔覆技术，或者负压电弧-高能束复合焊接技术，或者负压电弧-高能束复合熔覆技术，或者负压电弧-高能束复合增材制造技术，或者负压电弧-激光复合清洗技术，或者负压电弧-激光复合切割技术，或者负压电弧-激光复合表面抛丸强化处理技术，或者负压电弧-激光复合熔钎焊技术，或者负压电弧-激光复合加工技术；
14、进一步的，所述方法适用于铝合金材料，或者镁合金材料，或者钛合金材料，或者高温合金材料，或者铜合金材料、或者硬质合金材料，或者黑色金属材料，或者金属基复合材料，或者高熵合金材料，或者难熔金属材料。
15、本专利技术的有益效果：
16、1.通过在电弧中心产生负压区域，通过调控合适大小的负压力，可引导空心钨极电弧中心的金属蒸汽进行向上冲击，并向四周分散开来，减缓电弧-激光同轴复合焊接过程当中金属蒸汽对激光能量的屏蔽和阻碍作用，提高激光能量利用率，进一步增加电弧-激光同轴复合焊接的效率和稳定性；同时，增加激光进入匙孔的能量密度，提高焊缝熔深，中心能量更加集中，提高能量利用率，可获得高效、稳定的大熔深焊接过程，对中厚板材料的深熔焊具有显著优势。
17、2.采用空心钨极电弧与激光热源同轴复合，兼顾焊接效率的同时保证焊接成形质量，同时降低了焊枪空间尺寸的同时，降低了热源的非对称性带来的焊接方向的影响，提高焊接过程当中的稳定性，可方便的实现复杂路径的自动焊接、熔敷及增材制造。
18、3.与实心钨极电弧对比来说，采用空心钨极可以通过施加大电流来提高焊接效率，同时避免由于电流增大带来的电弧压力增大对焊接过程当中可能带来的熔穿、驼峰等异常焊接缺陷。
19、4.通过在焊接熔池表面形成与重力方向相反的电弧负压力，可以将熔池向上吸住，改变熔池流动行为。电弧负压力的使用可以改善焊接过程中的熔池流淌问题和焊接缺陷，从而提高焊接质量和效率，具有重要研究意义。
20、本专利技术为目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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1.一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；激光输出方式为连续激光或脉冲激光。
3.根据权利要求2所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述激光为扫描激光，激光扫描路为“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形或正弦波形，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向。
4.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述步骤5中的0至-300Pa负压力产生方式为磁场、或者抽气+磁场两种；磁场方式为连续交变磁场方式、或者间歇交变磁场方式、或者脉冲磁场方式、或者脉冲交变磁场方式；磁场模式为纵向磁场模式、或者旋转纵向磁场模式。
5.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述步骤5中负压大小可以通过改变磁场强度和电流大小进而改变不同程度的负压力，磁场强度
6.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述方法适用于负压电弧-激光复合焊接技术，或者负压电弧-激光复合增材制造技术，或者负压电弧-激光旁轴复合焊接技术，或者负压电弧-激光复合熔覆技术，或者负压电弧-高能束复合焊接技术，或者负压电弧-高能束复合熔覆技术，或者负压电弧-高能束复合增材制造技术，或者负压电弧-激光复合清洗技术，或者负压电弧-激光复合切割技术，或者负压电弧-激光复合表面抛丸强化处理技术，或者负压电弧-激光复合熔钎焊技术，或者负压电弧-激光复合加工技术。
7.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述方法适用于铝合金材料，或者镁合金材料，或者钛合金材料，或者高温合金材料，或者铜合金材料、或者硬质合金材料，或者黑色金属材料，或者金属基复合材料，或者高熵合金材料，或者难熔金属材料。
...【技术特征摘要】
1.一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述激光器为co2气体激光器、yag固体激光器、半导体激光器或光纤激光器；激光输出方式为连续激光或脉冲激光。
3.根据权利要求2所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述激光为扫描激光，激光扫描路为“一”字形、“8”字形、圆形、多边形、锯齿形或正弦波形，每种扫描路径有顺时针和逆时针两种不同的光束运动方向。
4.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述步骤5中的0至-300pa负压力产生方式为磁场、或者抽气+磁场两种；磁场方式为连续交变磁场方式、或者间歇交变磁场方式、或者脉冲磁场方式、或者脉冲交变磁场方式；磁场模式为纵向磁场模式、或者旋转纵向磁场模式。
5.根据权利要求1所述的一种负压空心钨极电弧-激光同轴复合焊接方法，其特征在于，所述步骤5中负...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，程日平，徐克峰，王颖，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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