小功率脉冲激光小孔效应tig焊熔池搅拌方法
【专利摘要】小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其目的是强化熔池流动、调控焊缝截面、细化焊缝晶粒、提高焊缝熔深，提高焊缝质量，其步骤为：（1）在小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌装置的工作环境下，调整脉冲激光光纤输出装置（2），使发射端口距工件表面的垂直距离为5?15mm，脉冲激光束（7）照射在TIG焊钨极（8）下方的工件表面，且与工件表面的夹角为45°~90°；（2）开启TIG电弧与脉冲激光器，沿焊接方向（14）进行焊接，脉冲激光束7照射在TIG焊熔池表面并形成小孔，脉冲激光光纤输出装置（2）在摆动/运动装置（3）的带动下使得所形成的小孔进行搅拌；（3）焊接结束，TIG焊息弧，关闭激光器。
【专利说明】
小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法
技术领域
[0001] 本发明涉及焊接技术领域，具体说是小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌技 术。
【背景技术】
[0002] 钨极氩弧焊，又称TIG焊，是以钨材料或钨的合金材料做电极，在惰性气体保护下 进行的焊接。焊接过程是一个独特的冶金过程，在熔焊的条件下，焊缝和热影响区经历了复 杂但有规律的焊接热循环。在热的作用下形成不同焊缝截面形状的焊接接头，且在熔化区， 几乎所有的熔化结晶和物理冶金现象都可能出现，而形成具有不同成分、组织和性能的接 头区域，并在拘束应力作用下，可能产生晶粒粗大、偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹、脆化 等缺陷，这将对焊接接头的质量有直接影响，故而控制焊缝截面形状和调整焊缝金属的凝 固和相变过程，就成为保证焊缝质量的关键。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于强化熔池流动、调控焊缝截面、细化焊缝晶粒、提高焊缝熔深， 提尚焊缝质量。
[0004] 本发明是小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其步骤为： (1) 在小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌装置的工作环境下，调整脉冲激光光纤输出装置 2,使发射端口距工件表面的垂直距离为5-15mm，脉冲激光束7照射在TIG焊钨极8下方的工 件表面，且与工件表面的夹角为45°~90° ; (2) 开启TIG电弧与脉冲激光器，沿焊接方向14进行焊接，脉冲激光束7照射在TIG焊熔 池表面并形成小孔，脉冲激光光纤输出装置2在摆动/运动装置3的带动下使得所形成的小 孔进行搅拌； (3) 焊接结束，TIG焊息弧，关闭激光器。
[0005] 本发明的有益之处为：1、本发明相比传统的TIG焊接方法，得到的焊缝晶粒更细， 且组织分布更均匀，焊缝质量更好。2、传统的TIG焊的焊缝熔深浅，本发明能够使TIG焊的焊 缝熔深增加、且可以调控焊缝截面。
【附图说明】
[0006] 图1为小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌装置示意图，附图标记及对应名称为:焊缝 1，脉冲激光光纤输出装置2，摆动/运动装置3，脉冲激光器4，光纤5，固定支架6，脉冲激光束 7，TIG焊的钨极8，TIG电弧9,工件10,熔池11，激光产生的小孔12,小孔的运动13，TIG焊焊接 方向14。图2为传统TIG焊下焊缝熔深。图3为小功率激光TIG焊熔池搅拌焊接方法下焊缝熔 深。
【具体实施方式】
[0007] 如图1所示，本发明是小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其步骤为： (1) 在小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌装置的工作环境下，调整脉冲激光光纤输出装置 2,使发射端口距工件表面的垂直距离为5-15mm，脉冲激光束7照射在TIG焊钨极8下方的工 件表面，且与工件表面的夹角为45°~90° ; (2) 开启TIG电弧与脉冲激光器，沿焊接方向14进行焊接，脉冲激光束7照射在TIG焊熔 池表面并形成小孔，脉冲激光光纤输出装置2在摆动/运动装置3的带动下使得所形成的小 孔进行搅拌； (3) 焊接结束，TIG焊息弧，关闭激光器。
[0008] 需要注意的是，本发明不同于激光-TIG复合焊接，激光-电弧复合焊接方法是将物 理性质和能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，其原理是将两种热源作用在同一 位置通过叠加热源增加了 TIG焊热输入，导致熔深增加和焊接效率提高。激光-TIG复合焊解 决了由于钨电极承载能力有限，电弧功率受到制约，致使焊缝熔深浅，焊接速度低等问题。
[0009] 如图2、图3所示，本发明与激光-TIG复合焊接区别如下： 1、本发明采用小功率脉冲激光，具有很小的热输入;而激光-TIG复合焊接中，多数采用 高功率激光，通过高功率激光增加热输入，实现高熔深、高效率的焊接过程。
[0010] 2、本发明中脉冲激光束与TIG热源的作用各不相同，TIG焊为主要的熔化热源，激 光产生小孔并搅拌;而激光-TIG复合焊接使将两种热源叠加，来进行高速高效焊接。
[0011] 3、本发明中脉冲激光束照射熔池形成小孔，通过小孔的不断运动，产生搅拌作用， 强化熔池流动，来调控焊缝截面形状，并达到细化晶粒的目的；而激光-TIG复合焊接是通过 两种热源复合增加焊接热输入，实现增加熔深和提高焊接效率的目的。两种方法的作用效 果和目的有着很大的差别。
[0012] 以上所述的小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，TIG焊钨极尖端垂直于 工件表面，相距3-10mm。
[0013] 以上所述的小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，光纤脉冲激光输出的 平均功率大小为400-600W。
[0014] 以上所述的小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，激光束照射TIG焊熔池 表面并形成小孔，通过小孔运动来进行TIG焊熔池搅拌。
[0015] 以上所述的小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌方法，激光束运动、搅拌轨迹根据熔池 大小来编程，确定小孔的运动轨迹;运动轨迹不超过熔池表面。
[0016] 下面结合附图对本发明的实例进一步说明，本实例在如图1与图2的小功率脉冲激 光TIG焊熔池搅拌装置下进行实施，具体方法与步骤如下： 1、以200 mmX70 mmX3mm的不锈钢304作为焊接工件10,对其表面进行处理，去除表面 油污，用砂轮打磨至出现金属光泽，将工件10放在焊接工作台上，并进行固定。
[0017] 2、开启TIG焊，按照表1的TIG焊焊接参数，进行传统TIG焊焊接，得到如图2所示的 传统TIG焊下的焊缝熔深。
[0018] 表1 TIG焊的焊接规范参数
3、 在常规TIG焊基础上，设定激光器4参数，其激光参数如表2所示，调整光纤激光输出 装置2,使发射端口距工件表面的垂直距离为5mm，脉冲激光束7照射在TIG焊钨极8下方的工 件表面。开启TIG电弧与脉冲激光器，沿焊接方向14进行焊接，脉冲激光束7照射在TIG焊熔 池表面并形成小孔，光纤输出装置在摆动、运动装置3的带动下使得所形成的小孔开始搅 拌。通过小孔的不断运动，来强化TIG焊熔池流动，来影响熔池流动行为，并改变焊缝截面形 状，以及影响焊缝金属的凝固和相变过程，进而提高焊缝晶粒度，改善焊缝质量。
[0019]表2脉冲激光器在焊接过程中的调制参数
4、 焊接结束，TIG焊息弧，关闭激光器，得到如图3所示的小功率激光TIG焊熔池搅拌焊 接方法下焊缝熔深。
【主权项】
1. 小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其特征在于，其步骤为： (1) 在小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌装置的工作环境下，调整脉冲激光光纤输出装置 (2)，使发射端口距工件表面的垂直距离为5-15mm，脉冲激光束(7)照射在TIG焊钨极(8)下 方的工件表面，且与工件表面的夹角为45°~90° ; (2) 开启TIG电弧与脉冲激光器，沿焊接方向（14)进行焊接，脉冲激光束7照射在TIG焊 熔池表面并形成小孔，脉冲激光光纤输出装置(2)在摆动/运动装置(3)的带动下使得所形 成的小孔进行搅拌； (3 )焊接结束，TIG焊息弧，关闭激光器。2. 根据权利要求1所述的小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其特征在于： TIG焊钨极尖端垂直于工件表面，相距3-10mm。3. 根据权利要求1所述的小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其特征在于： 光纤脉冲激光输出的平均功率大小为400-600W。4. 根据权利要求1所述的小功率脉冲激光小孔效应TIG焊熔池搅拌方法，其特征在于： 激光束照射TIG焊熔池表面并形成小孔，通过小孔运动来进行TIG焊熔池搅拌。5. 根据权利要求1所述的小功率脉冲激光TIG焊熔池搅拌方法，其特征在于:激光束运 动、搅拌轨迹根据熔池大小来编程，确定小孔的运动轨迹;运动轨迹不超过熔池表面。
【文档编号】B23K26/348GK105855709SQ201610457492
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】黄健康, 何旌, 李挺, 杨茂鸿, 石玗, 樊丁
【申请人】兰州理工大学