空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺的制作方法
【专利摘要】本发明创造涉及一种空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，包括以下步骤：1）将空心减震器活塞杆与两端实心堵装夹在夹具上；2）设置前置氩弧焊枪、激光焊的激光头和后置氩弧焊枪，充保护气氛；3）将前置氩弧焊枪启动，预热1～2秒后，激光头与后置氩弧焊枪同时启动工作；4）利用工装将待焊接零件旋转一周，焊接末端与焊接起始点有0.5～3mm的搭接量；5）焊接结束后，激光头首先停止工作，然后前置氩弧焊枪停止工作，最后后置氩弧焊枪的电弧电流采用渐变为0结束焊接。该焊接工艺将活塞杆焊缝区提前处于熔融状态，激光吸收率得到显著提高，其所得焊缝表面均匀、美观，并降低对活塞杆装夹夹具精度要求。
【专利说明】空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明创造涉及一种空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，用于 车用空心减震器活塞杆连接的环形焊缝的焊接工艺，属于焊接【技术领域】。 【背景技术】
[0002] 汽车减震器是一个关键而必不可少的零部件，其产品质量对汽车整体安全性具有 十分重要的影响。汽车零部件生产企业脱离整车企业并形成专业化零部件集团，正成为一 种全球化趋势。随着国际上汽车行业开始实行零部件"全球化采购"策略及国际跨国汽车 企业推行本土化策略，国内市场将出现巨大的零部件配件缺口。目前，国内减震器生产量远 远不能满足市场需求，尤其是中高档汽车的减震器更是供不应求，因此，提高减震器的产量 和质量是当前国内减震器生产企业生存和发展的战略目标之一。
[0003] 目前实心活塞杆在减震器组件的全球市场份额中占据90%以上，随着汽车轻量化 的趋势以及高档车辆对安全性的极高要求(对行驶过程中数据实现实时监控）日益苛刻，使 用空心活塞杆作为减震器组件(空心杆件里布置应力及位移传感器以便实现实时监控车辆 行驶状态）是未来的重要发展方向。
[0004] 当前，摩擦焊接是车用减震器活塞杆的主要联接工艺。然而，由于摩擦焊接存在热 影响区大，焊缝处晶粒粗大，结合面易开裂等问题而严重制约活塞杆的使用寿命及安全性。 从焊接效率角度来看，顶锻后需用车刀把突起切除，因此摩擦焊接工序复杂，效率低下。
[0005] 随着光纤激光器的大规模工业化应用，采用激光焊接是金属管、板焊接的新途 径。其焊接质量优良、热影响区小等优点得到广泛认可。但激光焊接存在成本高昂、工装 要求过高等问题而限制了更广泛的应用。激光?电弧复合热源焊接是将激光焊接和电弧 焊接结合起来的一种优质高效焊接新技术[英国学者Steen尝试将激光束与氩弧复合起 来（Steen WM (1980) Arc augmented laser processing of materials. J Appl Phys 51 (11) :5636 - 5641)]，发现电弧可增强激光焊对工件装配问隙变化的适应性，降低对工件 装配精度的要求。熔化的熔池金属还可以提高对激光的吸收率。
[0006] 然而，高功率光纤激光器成本较高且增加熔深有限，同时由于大电流钨极氩弧焊 枪起弧时电压降过大会对激光器安全电路造成严重干扰而导致实际功率大幅降低，以及大 电流导致焊缝夹钨等这些问题始终困扰激光?电弧复合焊接技术在金属材料高速、深熔焊 接领域的应用。此外，鉴于管材焊接特殊性，尾端热量积累而导致焊接过程后半部分及收尾 时出现焊缝下塌、尾坑等问题影响管件性能及表观质量。
[0007] 经检索发现天津大学李恒等人申请公开了一种激光双熔化极复合焊接系统与方 法，但熔化极焊接需要填充焊丝，且送丝速度等参数与激光焊接的参数匹配的不稳定性使 焊接过程的不稳定性增加。因此由不改变母材材料性能、提高焊接效率及成本角度(填丝 等）等方面考虑，采用非熔化极电弧更具性能及成本优势。
【发明内容】
[0008] 本发明创造要解决的技术问题是提供一种空心减震器活塞杆激光非熔化极双电 弧复合焊接工艺，该焊接工艺将活塞杆焊缝区提前处于熔融状态，激光吸收率得到显著提 高，降低了后置电弧的工作电流，实现高速、深熔焊接的同时保护焊接系统电流、电压的稳 定以保持整个焊接生产线的高可靠性及稳定性，其所得焊缝表面均匀、美观，同时降低激光 功率要求、延长电弧钨极寿命、提高焊接速度，并降低对活塞杆装夹夹具精度要求。
[0009] 为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种空心减震器活塞杆激光 非熔化极双电弧复合焊接工艺，包括以下步骤： 1) 将空心减震器活塞杆与两端实心堵装夹在夹具上，并保证同心度； 2) 在空心减震器活塞杆与实心堵的待焊接区域依次设置前置氩弧焊枪、激光焊的激光 头和后置氩弧焊枪，充保护气氛； 3) 将前置氩弧焊枪启动，利用前置电弧对待焊区域进行预热，1?2秒等待后，工件的 焊缝区上方的引弧熔化金属，激光头与后置氩弧焊枪同时启动工作，即激光焊与双电弧同 时在已融化焊缝区进行深熔焊接； 4) 利用工装将待焊接零件旋转一周，转速变化范围为0. 07m/s?0. 3m/s，焊接末端与 焊接起始点有〇· 5?3mm的搭接量； 5) 焊接结束后，激光头首先停止工作，然后前置氩弧焊枪停止工作，最后后置氩弧焊枪 的电弧电流采用渐变为0A结束焊接。
[0010] 优选的，所述的步骤2中保护气氛为氩气，流速变化范围为10?20m3/min。
[0011] 优选的，所述的步骤3需要的工艺条件为前置氩弧焊枪的电流变化范围为直流 50A?150A，后置氩弧焊枪的电流变化范围为直流50A?150A，激光功率为500W?1500W。
[0012] 优选的，所述的步骤3中前置氩弧焊枪头与空心减震器活塞杆焊缝区距离为3? 7mm，与焊缝区垂直方向夹角30°，激光头与后置氩弧焊枪距离为5?10cm，夹角变化范围 10 ?45°。
[0013] 优选的，所述的空心减震器活塞杆的壁厚范围为1?l〇mm，材料为钢铁材料或1? 强度高韧性的铝合金材料。
[0014] 该空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺采用预热电弧首先预热 并融化焊缝区金属，然后激光与后置电弧同时作用下进行复合焊接，焊接结束时激光器先 停止工作，然而后置弧焊电流以渐变方式停止。该工艺降低厚壁杆焊接工装精度，提高焊接 速度，同时也有效消除大电流电弧起弧电压降的危害以及防止焊缝钨极夹钨造成焊接接头 性能恶化。
[0015] 通过对前置氩弧焊、激光焊和后置氩弧焊的参数设定，即可进一步保证了焊接产 品的质量。 【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺的流程图。
[0017] 图2a为单激光焊接接头形态图。
[0018] 图2b为激光非熔化极双电弧复合焊接头形态图。
[0019] 图3a为激光非熔化极双电弧复合焊接空心减震器活塞杆拉伸性能曲线。
[0020] 图3b为激光非熔化极双电弧复合焊接空心减震器活塞杆拉伸性能曲线。 【具体实施方式】
[0021] 某款空心减震器活塞杆具体数据如表1所示，材料为20Mn2 (冷拔态)，焊接过程如 下。
[0022] 表1空心活塞杆尺寸
【权利要求】
1. 一种空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，其特征在于包括以下步 骤： 1) 将空心减震器活塞杆与两端实心堵装夹在夹具上，并保证同心度； 2) 在空心减震器活塞杆与实心堵的待焊接区域依次设置前置氩弧焊枪、激光焊的激光 头和后置氩弧焊枪，充保护气氛； 3) 将前置氩弧焊枪启动，利用前置电弧对待焊区域进行预热，1?2秒等待后，工件的 焊缝区上方的引弧熔化金属，激光头与后置氩弧焊枪同时启动工作，即激光焊与双电弧同 时在已融化焊缝区进行深熔焊接； 4) 利用工装将待焊接零件旋转一周，转速变化范围为0. 07m/s?0. 3m/s，焊接末端与 焊接起始点有〇· 5?3mm的搭接量； 5) 焊接结束后，激光头首先停止工作，然后前置氩弧焊枪停止工作，最后后置氩弧焊枪 的电弧电流采用渐变为0A结束焊接。
2. 如权利要求1所述的空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，其特征 在于：所述的步骤2中保护气氛为氦气，流速变化范围为10?20m 3/min。
3. 如权利要求1所述的空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，其特征 在于：所述的步骤3需要的工艺条件为前置氩弧焊枪的电流变化范围为直流50A?150A， 后置氩弧焊枪的电流变化范围为直流50A?150A，激光功率为500W?1500W。
4. 如权利要求1所述的空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，其特征 在于：所述的步骤3中前置氩弧焊枪头与空心减震器活塞杆焊缝区距离为3?7_，与焊缝 区垂直方向夹角30°，激光头与后置氩弧焊枪距离为5?10cm，两者夹角变化范围10? 45。。
5. 如权利要求1所述的空心减震器活塞杆激光非熔化极双电弧复合焊接工艺，其特征 在于：所述的空心减震器活塞杆的壁厚范围为1?lOiffln，材料为钢铁材料或1?强度1?初性 的铝合金材料。
【文档编号】B23K26/348GK104096973SQ201410327329
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】何力佳, 王建中, 黄恺, 符宝鼎 申请人:辽宁工业大学