一种用于铝合金薄板Ｔ型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出的一种用于铝合金薄板Ｔ型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装置，属于轻金属薄板的低变形优质高效焊接技术领域。本实用新型专利技术主要包括：采用两个相对独立的激光－精确波形控制短路过渡电弧复合热源从筋板（１）的两侧进行双面焊接，精确波形控制电弧主要通过控制熔滴短路过渡时的电流和电压波形，保证熔滴液桥拉断时的焊接电流维持在很小值，防止短路过渡发生时产生焊接飞溅；控制两激光束（４）、（１１）之间的间距和焊丝填充速度在一定范围内，并合理匹配弧焊焊枪（５）、（１０）以及激光束（４）、（１１）与基板（２）的夹角，获得无飞溅、低变形、低增重的Ｔ型接头。本实用新型专利技术的焊接装置适用于铝合金和其它轻金属薄板Ｔ型接头的优质焊接。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术提出一种用于铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装 置，属于轻金属薄板的低变形优质高效焊接
，该装置特别涉及到激光与精确波形 控制短路过渡电弧复合在很少填充金属的情况下，实现铝合金薄板T型接头的高效、无飞 溅、低变形、低增重焊接。技术背景薄板铝合金T型接头的优质高效低变形焊接一直是焊接领域的技术难题。TIG填 丝焊、MIG弧焊等传统弧焊焊接装置及方法很难实现铝合金薄板T型接头的优质高效、低热 输入、低变形焊接。首先是因为铝合金的导热系数和线膨胀系数大(导热系数和线膨胀系 数分别约为钢的3倍和2倍)，使得铝合金导热快并且焊接变形倾向性大。焊接时必须采用 比焊接相同厚度钢材更大的焊接热输入来保证焊缝的熔深和铺展性，如此大的焊接热输入 必然会增大了焊接变形，并造成焊接接头的软化，因此采用传统弧焊进行铝合金薄板T型 接头的优质、低变形焊接非常困难。尤其是对于厚度< 2mm的铝合金薄板T型接头的低变形 焊接更是难上加难。其次，对于传统MIG弧焊而言，为了获得铺展性良好的T型角焊缝，必 须采用较大的焊接规范，也就意味着送丝速度较大，焊接过程中熔化的填充金属量较多，对 于某些对轻量化要求较高且大量使用的构件(如飞架的壁板)，焊后结构件的增重明显，这 是也是传统MIG弧焊的另一个不足之处。再者，传统弧焊的另一个不足就是焊接效率相对 较低，并且焊后接头软化严重(焊态接头的抗拉强度通常仅为母材强度的60% 80% )。精确波形控制的短路过渡弧焊装置及技术是在传统熔化极短路过渡弧焊的基础 上通过对短路过渡电流波形进行精确控制，以抑制短路过渡时焊接飞溅的产生，并保证焊 接过程稳定性的一类熔化极弧焊新技术。当前，“冷金属过渡”技术(Cold Metal Transfer, 简称CMT)、表面张力过渡技术(Surface Tension Transfer，简称STT)、控制液桥过渡技术 (Controlled Bridge Transfer，简称CBT)以及冷弧焊技术(Cold Arc，简称CA)均属于先 进的精确波形控制短路过渡电弧焊技术。与传统熔化极弧焊相比，该类焊接装置及方法的 突出优点主要体现在焊接热输入低、几乎无飞溅、焊接过程稳定性高。由于该类弧焊方法的 焊接输入低，与传统弧焊相比，在焊接铝合金薄板时，更易于实现对焊接变形的控制，但是 焊接热输入的降低带来了焊缝熔深相对较浅且焊缝铺展不好的问题，致使在利用该类焊接 装置及方法焊接铝合金薄板T型接头时很难实现焊接变形、焊缝熔透及焊缝成形的合理平 衡，因此精确波形控制的短路过渡弧焊技术也无法实现铝合金薄板T型接头的优质高效、 低变形焊接。要实现铝合金薄板T型接头的高效、低变形焊接必须采用一种热源能量更为 集中的高速焊接方法。激光焊接装置及技术是当前应用越来越广泛的高能束焊接技术，具有热源能量集 中、焊接速度高、焊接变形小、焊缝深宽比大等优点。但是，激光焊接铝合金也有一些不足， 从而使得激光焊接技术在铝合金重要部件的焊接中的应用受到限制。这是因为一方面，固体铝合金对激光的反射率很高，在激光焊接铝合金时，大部分激光能量被反射，激光能量利 用率很低，并且大量被反射的激光可能还会对操作人员和激光设备造成损害；另一方面，激 光焊接过程中，高能量密度的激光会造成铝合金中某些元素的大量蒸发和烧损，焊缝表面 成形粗糙且会产生大量气孔和凹坑，焊缝成形差，焊缝表面的气孔和凹坑在动载条件下可 能会成为潜在的疲劳裂纹源，严重影响接头的动载性能。激光填丝焊是一种在激光焊接工 艺的基础上通过同步填充焊丝，并利用激光能量将焊丝熔化于激光焊接熔池而实现焊接的 一种焊接装置及工艺。与单独激光焊接铝合金相比，激光填丝焊可以有效改善铝合金的焊 缝表面成形，目前在铝合金薄板T型接头的焊接中获得了一定的应用。但是，利用激光填丝 焊焊接铝合金薄板T型接头也存在诸如激光能量利用率低、焊接速度明显降低、焊缝易在 焊趾位置出现应力集中、焊缝根部易存在大量气孔等不足，这些不足是由激光填丝焊本身 固有特点所决定的，因此很难完全克服。要解决铝合金 薄板T型接头的优质、高效、低变形焊接技术问题，必须开发一种焊 接速度快、热源能量集中、焊接热输入低、焊缝成形好、单位长度焊缝的填充金属量小、焊接 飞溅小、焊接过程稳定性高的焊接新装置，而热源能量集中、焊缝熔深大、焊接速度快、焊接 变形小的激光焊与焊接飞溅少、电弧稳定性高、焊接热输入相对较低的精确波形控制短路 过渡弧焊复合热源装置可为铝合金薄板T型接头的焊接提供一个完美的技术解决方案。
技术实现思路
为了解决上述技术背景中提到的铝合金薄板T型接头的优质、高效、低变形焊接 技术难题，本技术提供一种用于铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装 置。本专利技术的技术方案如下1、一种用于铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装置，其特征在 于(1)、在T型接头的筋板的两侧分别设置两个独立的激光_精确波形控制短路过渡 电弧复合热源装置，该复合热源装置也可以单独设置在筋板的单侧，进行单侧焊接；(2)、每一套复合热源中，与激光复合的电弧为精确波形控制的短路过渡电弧，其 特点是通过对焊接过程短路过渡发生前的电信号的检测及反馈处理，精确控制短路过渡 发生时的焊接电流及电压波形，使熔滴液桥拉断并过渡到熔池的瞬间，焊接电流维持为很 小值，以减少短路过渡发生时的焊接飞溅产生；(3)、两个激光-精确波形控制短路过渡电弧复合热源的激光束的距离间隔D1在 5mm 200mm之间；筋板两侧的激光束的斑点与与之对应的铝合金焊丝的电弧的间隔距离 D2 为 Imm 4mm ；(4)、每一个激光_精确波形控制短路过渡电弧复合热源中，铝合金焊丝采用 1. Om/min 5. Om/min的较小送丝速度，匹配2. Om/min 5. Om/min的焊接速度，焊接速度 快时，相应的送丝速度略高一些；(5)、精确波形控制的弧焊焊枪分别与T型接头基板2之间的夹角α为 45° 士 15°，而激光束分别与T型接头基板2的夹角在15° 45°范围内。2、根据上述用于铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装置，两套激 光-精确波形控制短路过渡电弧复合热源为两个相互独立的复合热源，所采用的激光器可 以为两台相互独立的激光器，也可以是由一台激光器通过分光系统将激光能量分为50%+50%，分别供两个复合热源使用；使用的激光器可为Nd:YAG激光器、碟型激光器、光纤激 光器、半导体激光器或CO2激光器。3、根据上述用于铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装置，与激光 复合的精确波形控制短路过渡电弧可以是CMT电弧、STT电弧、CBT电弧或CA电弧。本技术与
技术介绍
相比较，其突出优点是本技术的焊接装置可以在 2m/min 5m/min的焊接速度下实现厚度为Imm 4mm铝合金薄板T型接头的低变形焊接， 整个焊接过程几乎无飞溅产生，可获得在焊趾位置形成圆滑过渡且焊缝成形极佳的焊缝， 获得T型角接头的焊接热影响区无明显软化，并且焊后T型接头的增重很少，每单位长度焊 缝增重量仅为常规MIG焊的1/7。本技术的焊接装置适用于铝合金及其他轻金属薄板 T型接头的优质焊接。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于铝合金薄板Ｔ型接头无飞溅低变形优质高效焊接的装置，其特征在于：在Ｔ型接头的筋板（１）的两侧分别设置两个独立的激光－精确波形控制短路过渡电弧复合热源装置，该复合热源装置也可以单独设置在筋板（１）的单侧，进行单侧焊接；每一套复合热源中，与激光复合的电弧为精确波形控制的短路过渡电弧，其特点是通过对焊接过程短路过渡发生前的电信号的检测及反馈处理，精确控制短路过渡发生时的焊接电流及电压波形，使熔滴液桥拉断并过渡到熔池的瞬间，焊接电流维持为很小值，以减少短路过渡发生时的焊接飞溅产生；两个激光－精确波形控制短路过渡电弧复合热源的激光束（４）、（１１）的距离间隔Ｄ１在５ｍｍ～２００ｍｍ之间；筋板（１）两侧的激光束（４）、（１１）的斑点与与之对应的铝合金焊丝（６）、（９）的电弧的间隔距离Ｄ２为１ｍｍ～４ｍｍ；每一个激光－精确波形控制短路过渡电弧复合热源中，铝合金焊丝（６）、（９）采用１．０ｍ／ｍｉｎ～５．０ｍ／ｍｉｎ的送丝速度，匹配２．０ｍ／ｍｉｎ～５．０ｍ／ｍｉｎ的焊接速度；精确波形控制的弧焊焊枪（５）、（１０）分别与Ｔ型接头基板（２）之间的夹角α为４５°±１５°，而激光束（４）、（１１）分别与Ｔ型接头基板（２）的夹角在１５°～４５°范围内。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林尚扬，王旭友，雷振，王威，黄瑞生，吴艳明，滕彬，上官媛媛，
申请(专利权)人：机械科学研究院哈尔滨焊接研究所，
类型：实用新型
国别省市：93[中国|哈尔滨]