一种减少铝合金焊接气孔的激光‑电弧复合焊接方法与流程

本发明涉及一种减少铝合金焊接气孔的激光—电弧复合焊接方法。

背景技术：

铝合金具有密度低、强度高、加工和塑性好等特点，广泛应用于汽车、机械制造、化工、船舶和航空航天等领域。铝合金在焊接的过程中，气氛环境及铝合金本身所含的氢在焊接熔池凝固过程中溶解度急剧下降，导致高温阶段熔池中溶解的氢来不及逸出，残留在焊缝中，导致焊接时极容易产生气孔。焊接气孔不仅能够破坏焊缝金属的致密性、削弱焊缝的有效截面积，而且会减少焊件的承载面积、降低焊缝的力学性能和腐蚀性能，尤其是焊件气孔缺陷在构件收到循环载荷的作用下，会成为裂纹源，严重影响构件的疲劳性能。铝合金焊接过程中，产生的气孔很大程度制约了其在工业中的广泛应用。目前，针对铝合金焊接的方法，主要集中在钨极氩弧焊枪（TIG）和熔化极气体保护焊（MAG或MIG），在焊接铝合金方面，由于Al极容易在空气中吸水，焊缝存在明显的气孔缺陷，气孔率一般在8%-10%左右，严重影响焊缝的力学性能和气密性。降低铝合金焊缝气孔的方法有：双焦点激光焊接、激光—电弧复合焊接等，其中以激光—电弧复合焊接铝合金的方法应用较多。激光—电弧复合焊接技术，用于铝合金焊接时，具有效率高、熔深大和桥接能力强等优点。但是激光—电弧复合焊接铝合金气孔率仍能保持在较高的水平，对于密封性要求较高的铝合金构件，远不能满足使用要求。

在减小铝合金焊接气孔的激光—电弧复合焊接方法，目前，公开号为CN101670485B的专利“中厚航天高强铝合金板的激光—TIG电弧复合焊接工艺”，该专利采用光纤激光与直流脉冲TIG电弧复合焊接，通过精确调整复合焊接参数，实现中厚铝合金板焊接，降低焊缝气孔率，但是该方法使用的激光功率大且气孔率仍维持在4%-5%。公开号为CN203184843U的专利“一种摆动激光束激光-电弧复合焊接头”，该方法利用激光束的高频摆动，形成对熔池强烈的搅拌作用，增加焊接小孔的稳定性，从而降低铝合金焊接气孔率。但是此方法需要在激光头内部设置反射聚焦单元，安装驱动电机，设备相对复杂；气孔率仍在4%-6%。申请号为201510690249.4的专利“一种铝合金激光-电弧复合焊接气孔抑制方法”，通过在待焊部位均匀预置用无水乙醇或丙酮混合的烘干铌粉，利用铌粉与部分氢形成氢化物，产生固氢效果，能有效抑制焊接气孔的产生。但是需要预先烘干铌粉，然后用无水乙醇或者丙酮均匀混合，工艺较多，焊缝有夹杂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种减少铝合金焊接气孔的激光-电弧复合焊接方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过用绞股焊丝代替普通焊丝，主要是绞股焊丝气保焊时，外围焊丝端部电弧阳极区随焊丝的送进熔化，围绕中心焊丝旋转、融合，进而形成为一个统一的旋转焊接电弧；焊接电弧旋转使熔池液态金属呈涡流型流动，绞股焊丝气保焊电弧形态对熔池内流体产生强烈的搅动作用，增加流体流速，有助于熔融金属中气体溢出，有效抑制焊接气孔的产生，从而减小焊缝缺陷，提高焊接质量。

本发明提供的减少铝合金焊接气孔的激光—电弧复合焊接方法，包括以下步骤：

步骤一：焊接前，对被焊接件进行打磨或者清洗，将清洗或打磨完成后的工件固定在焊接夹具上；

步骤二：选定合适的绞股焊丝；

步骤三：确定焊接参数；

步骤四：启动控制开关，先通保护气，然后焊枪引焊接电弧，激光光源发射激光束，进行焊接；

所述被焊接件为铝合金材料，所述绞股焊丝是由多股实芯焊丝或者药芯焊丝绞合而成，其中：一根焊丝位于中间，称为核心丝；其余焊丝围绕中间的核心丝绞合，称为外围丝。

进一步的，所述的核心丝为实芯焊丝或药芯焊丝；

进一步的，所述的外围丝为多股实芯焊丝或者多股实芯焊丝和药芯焊丝的混合；

进一步的，所述激光光源为Nd:YAG或光纤激光；

更进一步的，所述焊接电弧选用MIG电弧或TIG电弧。

本发明的有益效果：采用绞股焊丝代替普通焊丝后，在不填充熔剂，不精确调整复合焊接参数和使用复杂设备的条件下，抑制气孔的形成率。方法简单，操作便捷，具有较大的使用价值。

附图说明

附图1为本发明中的焊接示意图：1是激光束，2是焊枪，3是绞股焊丝，4是被焊接件；

附图2为本发明中药芯焊丝为核心丝的绞股焊丝横截面示意图：图中标号A为实芯焊丝，标号B为药芯焊丝；

附图3为本发明中实芯焊丝为核心丝的绞股焊丝横截面示意图：图中标号A为实芯焊丝，标号B1、B2分别为化学成分不同的药芯焊丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供的减少铝合金激光—电弧复合焊接气孔的方法，步骤如下：

步骤一：焊接前，对被焊接件4进行打磨或者清洗，将清洗或打磨完成后的被焊接件4固定在焊接夹具上；

步骤二：选定合适的绞股焊丝3：直径0.9-1.8mm，所述焊缝的熔宽3-6mm，熔深为1-8mm；

步骤三：确定焊接参数；

步骤四：启动控制开关，先通保护气，然后焊枪2引焊接电弧，激光光源发射激光束1，进行焊接。

图2提供了其中一种可使用的绞股焊丝3的横截面，由药芯焊丝B作为核心丝，实芯焊丝A与药芯焊丝B混合作为外围丝，图3提供了另一种可供使用的绞股焊丝的横截面，由实芯焊丝A作为核心丝，药芯焊丝B作为外围丝。在进行绞股焊丝3气保焊时，外围焊丝端部电弧阳极区随焊丝的送进熔化，围绕中心焊丝旋转、融合，进而形成为一个统一的旋转焊接电弧；焊接电弧旋转使熔池液态金属呈涡流型流动，绞股焊丝气保焊电弧形态对熔池内流体产生强烈的搅动作用，增加流体流速，有助于熔融金属中气体溢出，有效抑制焊接气孔的产生，从而减小焊缝缺陷，提高焊接质量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。