[发明专利]一种激光-冷金属过渡电弧复合热源焊接方法

说明书

所属技术领域

本发明提出的一种激光-冷金属过渡电弧复合热源焊接方法属于复合热源焊接技术领域，特别涉及到该复合热源焊接方法可改善单独冷金属过渡电弧焊缝的铺展性，并可取代非熔化极惰性气体保护焊(TIG焊)焊接不锈钢、高强钢、镍基合金。

背景技术

冷金属过渡技术简称CMT(Cold Metal Transfer)是Fornis公司在研究薄板焊接、无飞溅过渡技术及铝与钢异种金属连接技术基础上逐渐发展和成熟起来的一门新的焊接技术。冷金属过渡技术(以下简称CMT)将送丝与熔滴过渡过程进行数字化协调，该过程的完成主要通过焊枪上的拉丝机构和送丝系统中的送丝机构一起实现，焊枪上的拉丝机构实现对焊丝的送进和快速回抽动作，送丝系统中的送丝机构实现对焊丝的推进。焊接过程中，焊丝往工件方向送进，当焊丝端部的熔滴接触到熔池的瞬间，处理器检测到一个短路信号，并将信号反馈给焊枪拉丝机构，此时，拉丝机构快速回抽焊丝，熔滴小桥被拉断，焊丝与熔滴分离实现短路过渡过程，短路过渡结束，电弧重新引燃，焊丝继续向前送进，重复前面的短路过渡过程。短路过渡发生时，电弧熄灭，且流经焊丝的电流非常小，大约20安培，确保起到无飞溅过渡的作用。

由于上述CMT电弧焊接电流小、热输入小、飞溅小和焊后变形小，焊缝金属的冶金质量高，这种CMT电弧特别适合于薄板焊接。但是由于CMT电弧焊的熔池温度相对较低，特别在焊接中厚板金属时，液态焊缝金属在母材表面润湿性差、铺展性差、焊缝余高大，在采用多层多道焊时，易出现未熔合或夹渣等缺陷。

此外，采用纯Ar保护的CMT电弧焊接不锈钢、镍基合金或高强钢时，由于保护气体中没有氧化性气体，因此可以减少焊缝金属中的C、O等有害杂质元素的含量，从而能够改善焊缝的冶金性能，但是由于熔池中缺少氧化物，CMT电弧的阴极斑点难于稳定，焊接过程中阴极斑点不停地漂移，表现为电弧飘动，挺度不足，焊接过程不稳定，对焊接质量有不利的影响。

发明内容

针对背景技术中CMT弧焊焊缝铺展性不佳以及纯Ar保护的CMT电弧焊接存在的上述不足，本发明提出一种激光-冷金属过渡电弧复合热源的焊接方法，该方法可以很好地解决上述问题，实现高质量的焊接。

本发明的技术方案如下：

1、一种激光-冷金属过渡电弧复合热源焊接方法，其中冷金属过渡电弧5位于纯Ar保护气体中，并且冷金属过渡电弧5的焊丝4在小电流下借助焊丝4快速回抽完成金属熔滴短路过渡焊接，该焊接热输入小、飞溅小、熔池温度低，其特征在于，

1)上述冷金属过渡电弧5与功率≥800W的激光束2形成新的复合热源；

2)激光束2采用散焦，激光束2照射在被焊工件1表面上的激光斑直径为1-4mm；

3)冷金属过渡电弧5的斑点既可位于激光束2的光斑之前，也可位于激光束2的光斑之后，两斑点中心间距L为0-8mm；

4)冷金属过渡电弧5的焊枪3与水平面夹角θ为45°-75°。

2、根据上述复合热源焊接方法，所述的激光器可为CO₂激光器、Nd:YAG激光器、碟型激光器、光纤激光器或半导体激光器。

3、根据上述的复合热源焊接方法，纯Ar保护的复合热源焊接方法，能取代非熔化极惰性气体保护焊(TIG)焊接不锈钢、高强钢、镍基合金。

4、根据上述复合热源焊接方法，该复合热源主要用于上述各类金属板材或管材焊接。

本发明提出的一种激光-冷金属过渡电弧复合热源焊接方法解决了液态熔池铺展性不佳的问题，改善了焊缝成形，同时明显改善了纯Ar保护CMT电弧的稳定性，提高了焊接质量和焊接效率。

附图说明

图1本发明的一种激光-冷金属过渡电弧复合热源的焊接方法的示意图

图中1为被焊工件，2为激光束，3为CMT电弧5的焊枪，4为焊丝，箭头表示复合热源焊接方向，6为复合热源焊接形成的焊缝，L表示CMT电弧5的斑点与激光束2的斑点之间的中心距离，θ为焊枪3与水平面间的夹角。

如图1所示，本发明提出的复合热源由CMT电弧5与激光束2组成，激光束2采用散焦的形式，即激光束2照射在被焊工件1表面上的激光束2的光斑直径为1-4mm，CMT电弧5的斑点与激光束2的光斑之间的中心距离L为0-8mm，焊枪3与工件表面夹角θ为45-75度。

利用本发明提出的激光-冷金属过渡电弧复合热源焊接方法，在充分利用CMT电弧热输入低、飞溅小、焊缝变形小，焊接冶金质量高的优点的基础上，利用复合热源中激光的作用，克服了CMT电弧焊方法的不足，得到高质量的焊接。