CN105798462A - 一种利用激光-mag复合热源的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用激光-MAG复合热源的焊接方法，该方法针对高强或超高强钢厚板，利用激光-MAG复合热源对其实施单侧单道单层双面成型拼焊；拼焊部位为I-型坡口，施焊前对工件采用激光或氧乙炔火焰预热，焊后保温20min～1h。其焊接工艺参数为：激光光斑直径0.3～1mm，激光功率4～10KW，电弧电流200～300A，电弧电压25.2～30V。该方法通过改进工件坡口形式，拼接时预留装配间距及优化的焊接参数，实现了超高强钢板的拼焊，其焊缝接头性能满足优于常规TIG焊，焊接速度可达到60m/h，焊接效率相比常规TIG焊接提高十倍。

Description

一种利用激光-MAG复合热源的焊接方法

一、技术领域

本发明涉及激光电弧复合焊厚板加工技术领域，具体涉及一种用于厚板高强或超高强钢拼焊的激光-MAG复合焊接方法。

二、背景技术

激光焊接以可聚焦的激光束作为焊接能源。当高强度激光照射在被焊材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化，从而达到焊接的目的。一般要根据被焊材料的光学性质(如反射和吸收)和热学性质(如熔点、热传导率、热扩散率、熔化潜热等)来决定所使用的激光的功率密度和脉宽等。对普通金属来说，光强吸收系数大约在105～109厘米-1数量级。如果激光的功率密度为105～109瓦/厘米2，则在金属表面的穿透深度为微米数量级。为避免焊接时产生金属飞溅或陷坑，要控制激光功率密度，使金属表面温度维持在沸点附近。对一般金属，激光功率密度常取105～106瓦/厘米2左右。激光焊接有许多优点。它的突出优点在于高熔点金属或两种不同金属的焊接，而且光斑小，热形变小，还可对透明外壳内的部件进行焊接，适于实现自动化。随着高强及超高强钢在航天航空及其它军事装备上的快速发展，在满足焊接接头性能的基础上对厚板高强及超高强钢的焊接效率也提出了更高的要求。对厚板高强或超高强钢拼接焊接，国内工业主要采用开坡口预留钝边的常规TIG焊接。受TIG焊接其自身工艺、焊接速度及焊接熔深的影响，对于厚板拼焊需要预先开Y-型坡口的多层多道焊，这些问题抑制了厚板拼焊效率的提高。现有采用激光电弧复合焊焊接高强钢技术中，中国专利申请(公开号CN101367157A)中公开了一种焊接高强或超高强钢厚板的焊接方法，对厚板拼焊件采用开60°“V”型坡口，或开设60°“X”型坡口的方式，其缺点是焊接速度慢，在高成本激光电弧复合热源投入下未带来高效的生产。另外，中国专利申请(公开号CN101733564A)中公布了一种焊缝间隙控制在0mm的超高强钢的激光-电弧复合热源高速焊接方法，其缺点是焊接装配容忍度低，在生产实际中对工件焊接前的拼装带来极大的难度与不便。

三、发明内容

为了解决现有技术中高强或超高强钢焊接中存在的问题，本发明提供一种利用激光-MAG复合热源的焊接方法，该方法通过改进工件坡口形式，拼接时预留装配间距及优化的焊接参数，实现了高强或超高强钢板的拼焊，其焊缝接头性能优于常规TIG焊，焊接速度可达50m/h，焊接效率相比常规TIG焊接提高十倍。

本发明的技术方案如下：

一种利用激光-MAG复合热源的焊接方法，该方法针对厚板高强或超高强钢工件，利用激光复合热源在保护气体下对其实施单侧单道单层双面成型拼焊；具体包括如下步骤：

(1)拼接工件：在待拼焊部位开I-型坡口，拼接间距0.5～2mm；

(2)预热：对工件采用激光或氧乙炔火焰预热，预热温度150～250℃；

(3)激光-MAG复合焊接：达到预热温度后即沿焊接方向采用电弧在前，激光束在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：激光光斑直径0.3～10mm，激光功率4～10KW，电弧电流100～300A，电弧电压15.2～30V。

(4)焊后保温：移送焊件至保温炉内保温，50～200℃条件下保温0min～1h，然后随炉冷却至室温。

进行激光复合焊接时，电弧焊枪与工件表面夹角45°，焊接速度1～5m/min，光丝间距3mm。

所述保护气体为氩气(Ar)和二氧化碳(CO2)混合气体，二氧化碳(CO2)体积含量0～20％，保护气体流量15～30L/min。

所述工件厚度为8～20mm，焊丝材质根据工件材质进行选择，焊丝直径0.8～2.0mm，焊丝干伸长度为15mm。

在步骤(1)前对工件施焊部位用角磨打磨及用丙酮清洗。

本发明的有益效果是：

本发明在保证焊缝接头性能优于常规TIG焊的基础上，通过改进工件坡口形式，拼接时预留装配间距，可以实现10mm厚超高强钢板的单侧单道单层双面成型焊接，焊接速度可达到60m/h，焊接效率相比常规TIG焊接提高十倍。1～1.5mm拼接间距提升了激光-MAG复合焊接在厚板超高强钢板拼焊的可操作性。

四、附图说明

图1为本发明激光-MAG复合焊接方法示意图。

其中1为激光，2为焊枪头，3为焊丝，4为超高强钢板，5为焊缝。

五、具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

本发明实施例中应用激光-MAG复合焊接技术，激光器采用德国IPG制造的YLS-10000型光纤激光器，最大输出功率为10KW，激光传输采用200μm芯径光纤，激光加工头为PRECITEC公司的YW52，聚焦300mm，准直150mm。电弧采用日本OTC公司的全数字IGBT逆变控制直流脉冲MAG/MIGCO2/MAG自动焊接机，预热装置为氧乙炔火焰枪加热或激光预热，焊后进行加热保温缓冷处理。

实施例

如图1所示，本实施例中焊接母材为厚度10mm、抗拉强度1600MPa的31Si2MnCrMoVE超高强钢板4，焊丝3为直径0.2mm。首先打磨掉拼焊上锈部位，用丙酮清洗。然后按如下步骤进行：(1)装夹拼焊板材：在待拼焊部位开I-型坡口，拼接间距1～2mm；(2)采用氧乙炔火焰预热，控制预热温度在150℃～250℃范围内；(3)激光-MAG复合焊接：达到预热温度后即沿焊接方向采用电弧在前，激光3在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：激光光斑直径0.3～1mm，激光功率4.2KW，电弧电流280A，电弧电压28.2V；焊接速度1m/min，保护气体(氩气)流量25L/mm，送丝角度为45°，光丝间距为3mm，干伸长度为15mm。(4)焊后移送焊件至200℃恒定保温炉内，保温1小时左右后随炉缓慢冷却至室温。

本实施例中通过对焊缝检测没有发现裂纹，焊缝正反面成型良好，通过X射线检测焊缝不存在气孔缺陷，焊接接头的抗拉强度可达到1910Mpa，与基材强度相当。焊接接头弯曲角最大30°。与现有的TIG焊接相比，焊接效率明显，速度达到30m/min，相当于常规TIG焊数十倍提高，焊接接头韧性、塑性均优于常规TIG。I-型坡口及对拼焊间距一定范围内的容忍增加了操作的灵活性。

上述实施例仅是为了说明本发明的具体技术方案，而非对其限制，并且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、变化、应用和实施例都在本发明的精神和范围内。

Claims (5)

1.一种利用激光-MAG复合热源的焊接方法，其特征在于：该方法针对厚板高强或超高强钢工件，利用激光-MAG复合热源在保护气体下对其实施单侧单道单层双面成型拼焊；具体包括如下步骤：

(1)拼接工件：在待拼焊部位开I-型坡口，拼接间距0.5～2mm；

(2)预热：对工件采用激光或氧乙炔火焰预热，预热温度150～250℃；

(3)激光-MAG复合焊接：达到预热温度后即沿焊接方向采用电弧在前，激光束在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：激光光斑直径0.3～1mm，激光功率4～10KW，电弧电流200～300A，电弧电压25.2～30V。

(4)焊后保温：移送焊件至保温炉内保温，150～200℃条件下保温20min～1h，然后随炉冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：进行激光-MAG复合焊接时，电弧焊枪与工件表面夹角45°，焊接速度1～5m/min，光丝间距3mm。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述保护气体流量15～30L/min，保护气体为氩气和二氧化碳的混合气体，二氧化碳体积含量0～20％。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述工件厚度为8～20mm。焊丝材料根据工件材质进行选择，焊丝直径0.8～2.0mm，焊丝干伸长度15mm。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：在步骤(1)前对工件施焊部位用打磨及用丙酮清洗。