[发明专利]激光－双丝脉冲电弧复合焊接系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接系统，更具体地说，涉及一种激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统。 

背景技术

激光作为一种特殊的热源，同传统的焊接热源相比，具有自身独到的特点。经过聚焦，激光束可达到极高的功率密度，可以熔化甚至汽化高熔点的金属，因此可用于特殊材料的精密焊接。由于激光束能量集中，焊接过程中输入的线能量小，因此热变形和焊接热影响区就很小，从而可以适当提高焊接速度，生产效率得到大大提高。20世纪70年代英国帝国大学的W.M.Steen首次采用电弧焊辅助激光进行焊接，提出了激光-电弧复合焊接技术的概念。其主要思想是将激光和电弧这两种性质完全不同的热源叠加在一起，形成了一种全新的热源，同时作用在焊接部位进行焊接。目前，激光复合焊接工艺的大多是关于激光与单电源复合，研究基本集中在激光与不同性质热源的配合研究，如激光-TIG、激光-等离子热源、激光-MIG等。 

双丝(双弧)焊是多丝多弧焊接工艺的基础。在国内外已经开展了广泛的研究。早在1948年，为了提高生产效率，就有人开始研究双丝埋弧焊技术，并且该项技术很快为人们所接受，并出现了多种双丝埋弧焊方法，如纵列式、横列双丝串联式、横列双丝并联式等，近十年，双丝(多丝)气保焊技术更是得到了迅速的发展。 

由于激光复合焊接本身具有熔深深、成形好、同时焊缝组织性能优异等优点，双丝焊接在高效、高速焊接方面亦具有相当优势，但是，它们也都具有自身的局限性：双丝焊最常用的是串列双丝焊的形式，但是这种方法虽然 提高了焊接的熔敷率和焊接速度，但是并没能起到加大熔深的作用；激光电弧复合焊接时，两者的焊接速度存在不匹配的情况，同时如何控制两电弧之间作用力的大小，这都将严重影响激光电弧复合热源焊接的质量。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述的现有技术中的不足，提供一种激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统，既能集中双丝脉冲焊接和激光电弧焊接各自的优点，有效充分利用系统的能量，提高焊接熔敷效率和焊接速度，又能够获得良好的焊接质量。 

本发明的目的通过下述技术方案予以实现： 

一种激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统，包括第一焊枪、第二焊枪、激光源、第一焊机、第二焊机、脉冲协调控制器，其中： 

第一焊机，用于向第一焊枪输出电信号； 

第二焊机，用于向第二焊枪输出电信号； 

激光器，用于产生激光； 

脉冲协调控制器，用于协调控制第一焊机和第二焊机输出的电信号，使两者的相位差为70°-120°； 

第一焊枪、第二焊枪和激光束在ZOX平面、ZOY平面和YOX平面的投影位置关系如下： 

(1)在YOX平面内，沿焊接方向，第一焊枪、第二焊枪和激光束在被焊工件上的作用点呈一条直线分布 

(2)在ZOX平面内，第一焊枪(即焊枪1)与Z方向的夹角α范围为15°～30°，第二焊枪(即焊枪2)与Z方向的夹角β范围为15°～45°；第一焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心线的距离R1为0～2mm，第二焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心线的距离R2为1～4mm。 

上述参数优选如下： 

1.所述脉冲协调控制器，用于协调控制第一焊机和第二焊机输出的电信号，使两者的相位差优选为70°-100°，更加优选80°-90°。 

2.在ZOX平面内，第一焊枪(即焊枪1)与Z方向的夹角α范围为20°～30°，第二焊枪(即焊枪2)与Z方向的夹角β范围为20°～35°；第一焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心线的距离R1为1～2mm，第二焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心线的距离R2为2～4mm。 

本发明的焊接系统中使用的脉冲控制器，可以配合一台脉冲焊机与一台普通焊机组成的双丝焊系统，该控制器通过检测脉冲焊接所输出的脉冲电流的相关参数，对普通焊接输出相应的脉冲控制信号，是普通的直流焊接输出与脉冲焊机匹配的脉冲电流信号，双丝焊系统的脉冲信号相互匹配，两电弧之间的作用力也可以被控制，这样就可以实现稳定的双电弧焊接过程；也可用于两台普通直流焊接组成的双丝焊接系统，该控制器可以通过键盘与数码管等人机交互设备实现参数设定，根据所设参数输出脉冲电流，好的设定参数也可以实现两电弧的作用力最小。 

本发明的复合焊接系统的一个技术核心在于两电弧与激光热源的复合形式，即两把焊枪和激光三者之间的相对位置关系，通过控制三者之间的距离和角度，来调整焊接过程，通过最优的距离和角度控制，实现稳定的焊接过程，由于使用3个热源的复合大大提高了焊接效率，加大了焊接熔深和熔宽，改善焊缝成形。