专利名称：一种高强铝合金激光-mig复合焊接技术的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接技术领域，具体地说涉及一种高强铝合金激光-MIG复合焊接技 术。
背景技术：
焊接技术是现代制造工业中不可缺少的关键制造技术，已经渗透到现代机械制造 业的各个生产领域。优质、高效成为衡量一种焊接方法和焊接工艺是否优良的标志。现我国车辆用铝合金主要以铝-锌-镁系的7A52、7A05和7A09等高强铝合金为 主，它们具有高的屈服强度和抗拉强度。目前，对于该类材料主要采用MIG焊、TIG焊和激 光焊等焊接方法。但由于铝合金具有高的热膨胀系数和导热率等因素，导致常规单一的TIG 焊、MIG焊接方法获得的焊接结构变形较大、焊接效率较低等问题。铝合金由于具有高的激 光反射率，从而影响激光的吸收率和加重设备的负担。
发明内容
本发明的目的在于克服现有MIG焊、TIG焊和单激光焊等焊接方法在焊接高强铝 合金中所存在的不足，提供一种焊接熔深大、焊接效率高、工件变形小、装配要求低、熔池搭 桥能力强、易于集成等特点的一种高强铝合金激光-MIG复合焊接技术。本发明的构思在于通过激光与MIG电弧这两种不同物理性质和能量传输机制的 热源相互作用、相互叠加而形成一种作用在同一熔池的高能效热源，通过两热源的相互协 调作用和复合，使作用到熔池的激光具有高的能量吸收率和桥联性，并能降低激光焊时的 等离子体密度，MIG焊由于激光的加强作用，提高了熔深，提高了焊接过程的稳定性，改善了 焊缝的成型。发明原理当激光功率较低时，其对电弧的吸引和压缩能力较弱，产生的等离子 体也较弱，这时可通过降低MIG焊接电压，提高复合焊电弧能量密度，提高焊接熔深。当激 光功率较大时，其对电弧的吸引和压缩能力较强，产生的等离子体也较强，这时可通过提高 MIG焊接电压，降低电弧等离子体密度，以达到降低激光等离子体的密度，从而减小激光穿 透等离子体的能量损耗和光的折射。当MIG电流较小时，通过减小热源间距提高激光的吸 收率，当MIG电流较大时，通过增加热源间距避免激光通过电弧中心的高密度的离子体，从 而减小激光能量损耗和光的折射。本发明的目的通过下述技术方案实现一种高强铝合金激光-MIG复合焊接技术， 其特征在于该技术包括下列步骤a、设定复合方式和焊枪角度复合方式采用激光焊在前、MIG焊在后同步方式进行；焊枪角度MIG焊枪与焊板呈倾斜角度为α =65° 75°夹角；激光焊枪与焊板 呈倾斜角度为β =90° 95°夹角；b、根据焊接板厚度设定离焦量②激光功率1000W
③激光功率1000W
④激光功率3000W
⑤激光功率3000W
⑥激光功率3000W
220A =MIG 电压 21. 5V 180A =MIG 电压 20. 5V 280A =MIG 电压 23. 5V 220A =MIG 电压 22. 5V 180A =MIG 电压 21. 5V
35L/min 45L/min
26.OV
23.5V 22. 5V
27.5V 25. OV
24.5V
①当焊接板厚小于5mm时，离焦量为-2mm -Imm；
②当焊接板厚大于或等于5mm时，离焦量为-3mm _2mm；
c、设定复合焊保护气体为氦氩混合气体，混合气体体积比为He Ar = 1 4
d、根据焊接速度设定MIG焊的气流量
①焊接速度范围在0.7m/s 1. 5m/s之间，MIG焊的气流量26L/min
②焊接速度范围在1.5m/s 3. Om/s之间，MIG焊的气流量35L/min
e、根据激光功率和MIG电流设置MIG焊接电压值 ①激光功率1000W 3000W、MIG电流220A 280A =MIG电压22. 5V
3000W、MIG 电流 180A 3000W、MIG 电流 140A 5000W、MIG 电流 220A 5000W、MIG 电流 180A 5000W、MIG 电流 140A
f、根据MIG焊接电压值和电流值设置激光焊与MIG焊的热源间距
①MIG电压20.5V 23. 0V、电流140A 180A =MIG热源间距Imm 2mm
②MIG电压22.5V 24. 5V、电流180A 220A =MIG热源间距2mm 3mm
③MIG电压24.OV 27. 5V、电流220A 280A =MIG热源间距3mm 4mm
g、同步进行激光-MIG复合焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是①通过焊接电压调整从而控制MIG电弧 的等离子体对激光的屏蔽作用，通过热源间距的控制避开激光通过电弧中心的高密度的离 子体，从而达到既能保证激光作用于MIG焊熔池上，提高熔化母材对激光吸收率较高的作 用，又能使激光通过等离子体后能量损耗较小；②根据焊接速度来控制气流量不仅起到对 熔池的保护作用，而且可避免由于过大气流量造成焊缝气孔缺陷；③通过激光-MIG复合焊 的复合方式和激光工艺参数等的控制，获得表面洁净、光滑、成型好、无凹陷的焊缝；④通过 激光和MIG两热源之间的相互作用，弥补了单热源焊接工艺的不足，具有焊接熔深大、焊接 速度快、工件变形小、装配要求低、熔池搭桥能力强、易于集成等特点；⑤由于具有高效率、 低变形和低热输入量的焊接特征，故能有效控制铝合金焊接过程中因过热造成的焊缝及母 材晶粒过大等问题。本发明特别适宜于7A52、7A05和7A09等铝一锌一镁系高强铝合金材 料的焊接。
图1为本发明激光-MIG复合焊的焊接装置结构示意图。图中1、焊接板；2、激光焊枪；3、MIG焊枪；H为热源间距，即指激光热源中心与MIG热源中心在焊接板平面上的间距；α为MIG焊枪与焊接板之间的倾斜角度；β为激光焊枪与焊接板之间的倾斜角度。
具体实施例方式如图1所示，本发明对高强铝合金焊接采用激光-MIG复合焊技术后，在焊接方式
4设计前先根据焊接板厚度进行焊接接头设计，即根据板厚决定开坡口或不开坡口，一般板 厚较小的不开坡口直接焊接，板厚较大的要开坡口，坡口角度=25° 30°，留纯边15mm， 对于不开坡口的，采用单面焊双面成型，开坡口的采用双面焊双面成型。根据上述要求加工 焊接板，然后进入复合焊步骤设计，首先是焊接方式设计，焊接方式设计为激光焊在前、MIG 熔化极氩弧焊在后同步进行的复合焊方式；焊枪角度设计MIG焊枪3与焊接板1呈倾斜角 度为α =65° 75°夹角，激光焊枪2与焊接板1呈倾斜角度为β =90° 95°夹角；然后按要求操纵混合气体调节阀来调节氦气(He)和氩气(Ar)按体积比的混合比 例；焊接工艺参数设计包括(1)按焊接板厚度选择激光功率，离焦量，焊接速度；(2)选择MIG焊的焊接电流； (3)根据激光功率和MIG焊接电流设定MIG焊接电压；(4)根据焊接速度设定MIG焊气流量；(5)根据MIG焊接电压值和电流值设置激光焊与MIG焊的热源间距H。焊接时将激光焊枪2和MIG焊枪3按图1所示的焊接方向和相关位置要求安装在 一个焊接装置上，焊枪的行进由电动进行同步焊接。实施例1本实施例针对厚度为3mm厚的7A05高强铝合金，采用激光-MIG复合焊接技术， 焊接方式为单面焊双面成形，不开坡口，它包括以下步骤(1)设置激光-MIG复合焊复合 方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后；(2)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体 积比为1 4的混合气体；(3)设定激光焊接功率为2000W，焊接速度为2000mm/s，离焦量 为-2mm -Imm ； (4)设定MIG焊接电流为140A 160A，焊接电压20. 5V 21. 5V ； (5)按 焊接速度设定MIG焊气流量为35L/min 45L/min，热源间距为Imm 2mm。实施例2本实施例针对厚度为6mm厚的7A05高强铝合金，采用激光-MIG复合焊接技术， 焊接方式为单面焊双面成形，不开坡口，它包括以下步骤(1)设置激光-MIG复合焊复合 方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后；(2)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体 积比为1 4的混合气体；(3)设定激光焊接功率为3000W，焊接速度为1400mm/s，离焦量 为-3mm -2mm ； (4)设定MIG焊接电流为160A 180A，焊接电压20. 5V 22. 5V ； (5)按 焊接速度设定MIG焊气流量为26L/min 35L/min，热源间距为Imm 2mm。实施例3本实施例针对厚度为IOmm厚的7A52高强铝合金，采用激光-MIG复合焊接技术， 焊接方式为单面焊双面成形，不开坡口，它包括以下步骤(1)设置激光-MIG复合焊复合 方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后；(2)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体 积比为1 4的混合气体；(3)设定激光焊接功率为5000W，焊接速度为1000mm/S，离焦量 为-3謹 -2謹；(4)设定MIG焊接电流为200A 220A，焊接电压23· 5V 24. 5V ； (5)按 焊接速度设定MIG焊气流量为26L/min 35L/min，热源间距为2mm 3mm。实施例4本实施例针对厚度为12mm厚的7A52高强铝合金，采用激光-MIG复合焊接技术，焊接方式为单面焊双面成形，不开坡口，它包括以下步骤(1)设置激光-MIG复合焊复合 方式为激光焊在前、MIG氩弧焊在后；(2)设定MIG焊气体，通过气体混合阀获得He、Ar体 积比为1 4的混合气体；(3)设定激光焊接功率为5000W，焊接速度为700mm/s，离焦量 为-3謹 -2謹；(4)设定MIG焊接电流为220A 280A，焊接电压23· 5V 27. 5V ； (5)按 焊接速度设定MIG焊气流量为26L/min 35L/min，热源间距为3mm 4mm。
本发明不局限于上述实施方式，只要是说明书中提及的方案均落在本发明的保护 范围之内。
权利要求
一种高强铝合金激光 MIG复合焊接技术，其特征在于该技术包括下列步骤a、设定复合方式和焊枪角度复合方式采用激光焊在前、MIG焊在后同步方式进行；焊枪角度MIG焊枪与焊板呈倾斜角度为α＝65°～75°夹角；激光焊枪与焊板呈倾斜角度为β＝90°～95°夹角；b、根据焊接板厚度设定离焦量①当焊接板厚小于5mm时，离焦量为 2mm～ 1mm；②当焊接板厚大于或等于5mm时，离焦量为 3mm～ 2mm；c、设定复合焊保护气体为氦氩混合气体，混合气体体积比为He∶Ar＝1∶4；d、根据焊接速度设定MIG焊的气流量①焊接速度范围在0.7m/s～1.5m/s之间，MIG焊的气流量26L/min～35L/min；②焊接速度范围在1.5m/s～3.0m/s之间，MIG焊的气流量35L/min～45L/min；e、根据激光功率和MIG电流设置MIG焊接电压值①激光功率1000W～3000W、MIG电流220A～280AMIG电压22.5V～26.0V；②激光功率1000W～3000W、MIG电流180A～220AMIG电压21.5V～23.5V；③激光功率1000W～3000W、MIG电流140A～180AMIG电压20.5V～22.5V；④激光功率3000W～5000W、MIG电流220A～280AMIG电压23.5V～27.5V；⑤激光功率3000W～5000W、MIG电流180A～220AMIG电压22.5V～25.0V；⑥激光功率3000W～5000W、MIG电流140A～180AMIG电压21.5V～24.5V；f、根据MIG焊接电压值和电流值设置激光焊与MIG焊的热源间距①MIG电压20.5V～23.0V、电流140A～180AMIG热源间距1mm～2mm；②MIG电压22.5V～24.5V、电流180A～220AMIG热源间距2mm～3mm；③MIG电压24.0V～27.5V、电流220A～280AMIG热源间距3mm～4mm；g、同步进行激光 MIG复合焊接。
全文摘要
一种高强铝合金激光-MIG复合焊接技术，该技术包括下列步骤a、设定复合方式和焊枪角度；b、根据焊接板厚度设定离焦量；c、设定复合焊保护气体为氦氩混合气体的体积比；d、根据焊接速度设定MIG焊的气流量；e、根据激光功率和MIG电流设置MIG焊接电压值；f、根据MIG焊接电压值和电流值设置激光焊与MIG焊的热源间距；g、同步进行激光-MIG复合焊接。本发明工艺能获得焊接表面洁净、光滑、成型好、无凹陷的焊缝；具有焊接熔深大、速度快、工件变形小、装配要求低、熔池搭桥能力强、易于集成等特点；能有效控制铝合金焊接过程因过热造成的焊缝及母材晶粒过大等问题。
文档编号B23K28/02GK101947695SQ20101028059
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者刘红伟, 张立君, 明珠, 王有祁, 王法科, 甄立玲, 谭兵, 陈东高, 马冰, 齐果 申请人:中国兵器工业第五二研究所