[发明专利]基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法

权利要求书

1.一种基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法，其特征是：该方法包括：将沿一定轨迹扫描的激光束与惰性气体保护的MIG电弧复合进行铁基、镍基金属材料的焊接，合理匹配激光功率、扫描频率、激光摆幅可使被焊工件的激光扫描区域接近或达到熔化状态，由此实现对焊道轨迹的提前预热作用，激光束在垂直于焊接方向上可以沿圆形、椭圆形、矩形或锯齿形路径进行扫描，激光扫描功能靠集成在激光焊枪内部由电机驱动的一组或两组反射镜实现，反射镜可以在一定的频率范围内按照上述轨迹和一定的摆幅实现摆动，从而实现激光束在工件表面的扫描，进而实现焊接。

2.根据权利要求1所述的基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法，其特征是：所述的复合方式采用旁轴复合，激光在前，电弧在后，光丝间距为1～10mm，所述的激光束可以沿圆形、椭圆形、矩形或锯齿形路径进行扫描，所述的激光功率≥500 W，所述的激光扫描频率在2～500 HZ，所述的激光束摆幅A在1/3B～B范围内，B为焊缝熔宽。

3.根据权利要求1或2所述的基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法，其特征是：所述的基于光束扫描的铁基或镍基材料激光MIG复合堆焊过程中焊接电流30～300A，焊接速度0.2～2.0 m/min，所述的输入激光功率需要与焊接速度匹配，所述的激光功率≥500W，与焊接速度匹配后确保堆焊工件表面激光扫描区域接近或达到熔化状态，以达到对堆焊焊道轨迹的预热目的，从而实现熔池金属在预热区域的良好铺展。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法，其特征是：所述的惰性气体为工业氩气或工业氦气，所述的MIG电弧为短路过渡、颗粒过渡、脉冲过渡方式的普通MIG电弧或特殊波形控制的MIG电弧，所述的激光器可为：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。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法, 其特征是：在304不锈钢表面进行镍基焊丝堆焊试验，304不锈钢母材厚度12 mm，试板规格350×200 mm，采用的镍基焊丝为直径1.2 mm的Inconel 690，焊接过程采用CMT电弧，焊接电流140A，焊接速度0.5 m/min，所用激光器为碟形激光器，激光功率800 W，扫描轨迹为圆形，圆形轨迹的半径为5 mm，扫描频率50 HZ，保护气体为工业纯氩，保护气体流量20 L/min；试验进行了单层堆焊，堆焊道次20道，堆焊层的尺寸约为300×200 mm，整个堆焊层的焊缝成形良好，着色探伤表明堆焊层表面无缺陷，X射线探伤未发现未熔合、气孔等缺陷；对堆焊层取样进行微观组织分析及稀释率分析，其堆焊层稀释率约为8%。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法, 其特征是：进行304不锈钢厚板的多层多道焊接，304不锈钢母材厚度20 mm，开设U形坡口，坡口根部预留1 mm钝边，坡口角度约为40°，试板规格350×300 mm，采用的焊丝为直径1.2 mm的308L不锈钢焊丝，焊接过程采用脉冲MIG电弧；打底焊主要焊接参数：焊接速度0.5 m/min，焊接电流150 A，激光功率1500W，激光束不扫描；填充焊主要焊接参数：接速度焊接速度0.8 m/min，焊接电流180 A，激光功率2000W，激光沿锯齿形轨迹扫描，摆幅为6.5 mm，扫描频率120 HZ，保护气体为工业纯氩，保护气体流量20 L/min；试验总焊接道次26道，X射线探伤未发现未熔合、气孔等缺陷；对接头力学性能进行了分析测试，并与TIG填丝焊进行了对比，如下表1对于304不锈钢焊接接头力学性能测试结果对比，力学性能测试结果对比表明，二者的综合力学性能相当，焊接效率为TIG填丝焊方法的5倍；

表1 304不锈钢焊接接头力学性能测试结果对比

 

7.根据权利要求1或2或3或4所述的基于光束扫描的铁或镍基材料激光MIG复合堆焊方法, 其特征是：进行6005铝合金试板的平板堆焊，并与传统激光-MIG复合焊缝成形进行了对比；试验6005铝合金母材厚度12 mm，试板规格300×120 mm，采用的焊丝为直径1.2 mm的ER5356铝合金焊丝，焊接过程采用脉冲MIG电弧，焊接参数：接速度焊接速度1.5 m/min，焊接电流200 A，激光功率3000W，激光沿圆形轨迹扫描，摆幅为8 mm，扫描频率20 HZ，保护气体为工业纯氩，保护气体流量20 L/min；焊后对比两种方法的焊缝成形发现：铝合金焊缝成形非常美观，焊缝铺展性好，焊缝宽度为13 mm。