用于减少不锈钢非焊透型焊接气孔生成率的焊接方法
阅读说明：本技术 用于减少不锈钢非焊透型焊接气孔生成率的焊接方法 (Welding method for reducing generation rate of non-welding-through type welding pores of stainless steel ) 是由 李午红 张国瑜 邢飞 王传强 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于减少不锈钢非焊透型焊接气孔生成率的焊接方法,该方法采用离焦量为20～30mm的摆动激光,结合TIG热源对不锈钢进行非焊透型焊接；TIG焊枪通过可调节位移式工装固定到摆动激光加工头后侧,调整钨针到不锈钢试板的距离,钨针与摆动激光光束之间的夹角,设置参数,并开始进行焊接。本发明的方法可用于不锈钢非焊透焊接,具有高效率、高性能和高适应性,解决了焊缝根部出现的微小气孔、裂纹等焊接缺陷,达到了焊接标准,满足了使用要求。(The invention discloses a welding method for reducing the generation rate of non-welding through type welding pores of stainless steel, which adopts swing laser with defocusing amount of 20-30 mm and combines a TIG heat source to perform non-welding through type welding on the stainless steel; and the TIG welding gun is fixed to the rear side of the swinging laser processing head through an adjustable displacement type tool, the distance from the tungsten needle to the stainless steel test plate, the included angle between the tungsten needle and the swinging laser beam, the setting parameters and the start of welding are adjusted. The method can be used for stainless steel non-penetration welding, has high efficiency, high performance and high adaptability, solves the welding defects of tiny air holes, cracks and the like at the root of the welding line, achieves the welding standard and meets the use requirement.)
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体而言涉及一种用于减少不锈钢非焊透型焊接气孔生成率的焊接方法。
背景技术
非熔化极惰性气体保护焊(简称TIG焊)，是采用钨极作为电极材料，并以惰性气体“氩气”作为保护气体的一种电弧焊接方法，利用专用的TIG焊枪，从喷嘴中喷出氩气流，保护电弧与空气隔绝，电弧和熔池在气流层的包围中燃烧，熔化，通过填丝或不填丝，把两块分离的金属牢固地连接在一起，形成永久性接头的过程。但由于TIG焊对熔深具有局限性，无法达到3mm以上的熔深要求。
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池，并形成永久性接头的过程。但是激光焊接正因为能量密度高，对组对间隙的要求极其严格，并且在深熔焊过程中会产生工艺性小孔。这是因为焊接过程中母材在极短的时间内就完成了熔化-凝固这个过程，导致熔池中的一些气体无法逸出，从而随着熔池的凝固而滞留在焊缝中，导致焊缝力学性能无法满足使用要求。
激光TIG复合焊接技术是将物理性质能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置的焊接方法，激光与TIG电弧的复合使得两种热源充分发挥了各自的优势，又相互弥补了对方的不足，从而形成一种高效稳定的热源。在这种方式中，TIG电弧能量占据主要作用，一般采用不足以形成深熔小孔的激光辅助TIG电弧进行焊接。单独TIG焊接易受到环境因素的影响，尤其是在焊接速度较快时，容易出现咬边、驼峰等焊接缺陷，而激光TIG复合焊接时，光致等离子体使得电弧稳定燃烧并吸引电弧，即使在高速焊接时也不易发生电弧漂移或拉断现象。
而针对不锈钢非焊透的情况下，由于未焊透母材底部与熔池出现的较大温度差导致熔池根部瞬间凝固，焊缝根部出现的微小气孔、裂纹等焊接缺陷问题以上述TIG焊，激光焊，激光TIG复合焊三种工艺方法并不能有效控制，目前并没有合适的工艺实现不锈钢非焊透焊接。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于减少不锈钢非焊透型焊接气孔生成率的焊接方法，该方法可用于不锈钢非焊透焊接，具有高效率、高性能和高适应性，解决了焊缝根部出现的微小气孔、裂纹等焊接缺陷，达到了焊接标准，满足了使用要求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于减少不锈钢非焊透型焊接气孔生成率的焊接方法，该方法采用离焦量为20～30mm的摆动激光，结合TIG热源对不锈钢进行非焊透型焊接；
具体过程如下：选用合适的不锈钢，并对其焊接面进行摆动激光清洗，在焊接专用工装上进行组对压装，消除间隙、错边量的影响；选用合适直径的钨针，并将钨针与试板的接触端打磨到合适的尖锐度；通过执行机构找准摆动激光光斑与对接焊缝的相对位置，并在焊接路径中的每个点处进行离焦量的测量，保证光束扫描过的路径每一处离焦量的一致；TIG焊枪通过可调节位移式工装固定到摆动激光加工头后侧，调整钨针到不锈钢试板的距离，钨针与摆动激光光束之间的夹角，设置参数，再开始进行焊接。
进一步地，摆动激光的聚焦光斑直径≥0.5mm。
进一步地，摆动激光输出功率≥2kw，焊机电流为130A～140A，焊接速度≤0.5m/min，摆幅0.2～0.5mm，摆动频率为100～200HZ。
进一步地，摆动激光焊接加工头的准直和聚焦配比为2.8～3.0。
进一步地，TIG热源的钨针直径为2～3mm，干伸长度为8～10mm，钨针距工件表面距离为3～4mm，钨针与工件接触端的尖锐度为30°±2°，钨针的延长线与摆动激光光斑的中心相交。
进一步地，钨针与摆动激光光束的夹角为20～30°。
进一步地，焊接过程中采用氩气对熔池进行保护，气流量为15～20L/min。
进一步地，该方法进行焊接的熔深范围为2.5～3.6mm。
进一步地，焊接过程中，气压为0.2～0.4MPa。
进一步地，设置完参数后，在焊接前，为防止焊接过程中变形对间隙的影响，手持摆动激光焊对试板的首尾进行点固，之后开始进行焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过通过通过控制摆动激光光束的离焦量，离焦后的焦点光斑分散了能量密度的集中性，削弱了摆动激光光束的穿透力，提高了小孔深熔焊的稳定性，大幅降低气孔率以及单个气孔的大小；与TIG热源复合后使熔池的表面宽度增大，并推迟了熔池凝固的时间，再通过摆动摆动激光作用下，从时间和空间上给予了气孔逸出的几率，获得焊缝内部气孔率低甚至无气孔的良好接头。
2、本发明通过控制摆动激光功率、摆幅、摆动频率、摆动激光聚焦斑点处的离焦量、焊接速度、保护气流量、钨针伸出长度以及钨针与摆动激光光斑水平间距等关键工艺参数，通过各工艺参数的协同作用，满足焊缝强度要求且焊缝表面平滑、零飞溅，解决了非焊透型接头内部气孔裂纹率高、接头力学性能低于母材的工艺问题。
3、本发明通过摆动激光光源和TIG热源的复合，解决单摆动激光焊接对组对间隙要求严格，TIG焊熔深不足，热输入大的问题。
附图说明
图1是本发明的摆动激光焊接加工头和TIG焊枪的连接视图。
图2是普通焊接焊缝RT检测照片。
图3是实施例中获得的本发明焊接方法下的焊缝RT检测照片。
图4是Y型坡口示意图。
图1中：1、TIG焊枪及摆动激光加工头连接工装；2、TIG焊枪，3、摆动激光加工头。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
为进一步说明本发明技术方案的技术效果，提供以下实施例。
本实施例中采用IPG10KW光纤摆动激光器作为摆动激光源，最大输出功率10KW，摆动激光波长1064nm；摆动激光焊接加工头的准直和聚焦配比为2.8，光纤芯径采用200μm；执行机构采用KUKA 60机器人；焊机选用FRONIUS MW 3000；接头形式为Y型坡口，如图4所示，在另一个实施例中，接头形式为T型接头、十字型接头或锁底对接接头。
选取304不锈钢试验板，规格为300mm×150mm×6mm，使用焊接夹具以对接的方式将试样固定。通过机器人示教找准光斑与对接焊缝的相对位置，保证光斑、钨针以及对接缝的相对位置没有偏差。焊接过程中，摆动摆动激光功率为2KW，摆幅0.2mm，摆动频率100HZ，离焦量为20mm，焊接速度0.3m/min，焊机电流为140A。钨针直径2.4mm，钨针干伸长度为8mm，钨针距工件为4mm，钨针与工件接触端的尖锐度为30°；如图1所示，TIG焊枪2通过TIG焊枪及摆动激光加工头连接工装1固定到摆动激光加工头3后侧，TIG焊枪及摆动激光加工头连接工装1为可调节位移式工装，钨针与摆动激光光束的夹角为30°。焊接实施过程中采用氩气对熔池进行保护，气流量20L/min，压缩空气对焊接加工头中的光学元件进行保护，气压为0.2～0.4Mpa。
所获的焊缝为普通对接焊缝，焊缝宽度约5mm，熔深3.6mm。普通焊接焊缝的RT检测照片如附图2所示，从图中可以看出，检测片中出现多个气孔(图中画圈部分)，存在明显的缺陷；本发明焊接方法RT检测照片如附图3所示，图中可以看出，检测片中的焊缝成形美观且无明显缺陷。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。