雷射-高頻複合焊接裝置及其焊接方法
2023-04-26 10:18:11
雷射-高頻複合焊接裝置及其焊接方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷射-高頻複合焊接裝置，用於加工精密焊管，包括雷射焊接機構、高頻焊接機構以及擠壓輥，所述雷射焊接機構產生一雷射光束通過雷射焊接頭照射到精密焊管工件上對所述精密焊管工件進行焊接，進而經過擠壓輥壓合；其中，所述高頻焊接機構包括第一熱感應線圈和第二熱感應線圈，所述第一熱感應線圈和第二熱感應線圈分別位於所述雷射焊接頭的相對兩側，分別用於對雷射焊接區域前後的精密焊管工件進行加熱；本發明還提供了採用如上所述的焊接裝置進行焊接的方法。本發明能夠在雷射焊接之前對焊接工件進行預熱，以及在雷射焊接之後減緩冷卻速度，降低直接使用雷射焊接造成的氣孔以及裂紋不良。
【專利說明】雷射-高頻複合焊接裝置及其焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及精密焊管加工【技術領域】，尤其涉及一種雷射-高頻複合焊接裝置及其焊接方法，用於加工精密焊管。
【背景技術】
[0002]精密焊管是用帶鋼經捲曲成型後焊接製成的鋼管，生產工藝簡單，品種規格多，強度高於無縫鋼管。精密焊管是在一般焊管基礎上進一步提高的結果，是焊管產品中的精細產品，要求的精度比普通焊管的精度要高，工藝有嚴格的要求，一般取下差，質量完全達到精密無縫薄壁管的水平，主要應用在化工、紡織、機械、儀表、航空、汽車等各個領域。
[0003]雷射焊接與常規焊接方法相比由於具有如下特點(I)雷射功率密度高，可以對高熔點、難熔金屑或兩種不同金屑材料進行焊接；(2)聚焦光斑小，加熱速度快，作用時間短，熱影響區小，熱變形可忽略；(3)雷射焊接屬於非接觸焊接，無機械應力和機械形變；(4)雷射焊接裝置容易與計算機聯機，能精確定位；(5)雷射焊接可在大氣中進行，無環境汙染；因此雷射焊接被廣泛應用與精密焊管的製造工藝中。
[0004]但是，因為雷射焊接時產生很高的峰值溫度和溫度梯度，同時使母材汽化，容易生成能夠吸收和散射雷射的等離子體雲，所以，單熱源雷射焊接能量轉換效率和利用率低，焊接過程不穩定，接口容易錯位，容易產生氣孔、疏鬆、焊縫凹陷，並且雷射焊接的冷卻速度較快，容易產生裂紋等等。把雷射與其他熱源，如電弧、等離子弧、高頻感應或另外一束特殊的雷射複合，共同對工件進行焊接，可以改變功率密度在時間和空間上的分布，改善熱作用和影響區域的母材溫度分布，減少或消除等離子云，提高工件對雷射的吸收率，增大焊接熔深，改善焊縫及熱影響區的冷卻條件、轉變組織和應力狀態，有的還可以緩和對母材端面接口精度。因此探索一種適合於精密焊管加工工藝的雷射複合焊接裝置和焊接方法是十分有必要的。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術中之不足，提供一種雷射-高頻複合焊接裝置及其焊接方法，能夠在雷射焊接之前對焊接工件進行預熱，以及在雷射焊接之後減緩冷卻速度，降低直接使用雷射焊接造成的氣孔以及裂紋不良。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種雷射-高頻複合焊接裝置，用於加工精密焊管，包括雷射焊接機構、高頻焊接機構以及擠壓輥，所述雷射焊接機構產生一雷射光束通過雷射焊接頭照射到精密焊管工件上對所述精密焊管工件進行焊接，進而經過擠壓輥壓合；其中，所述高頻焊接機構包括第一熱感應線圈和第二熱感應線圈，所述第一熱感應線圈和第二熱感應線圈分別位於所述雷射焊接頭的相對兩側，分別用於對雷射焊接區域前後的精密焊管工件進行加熱；其中，所述第一熱感應線圈的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為8?12A / mm2 ;所述第二熱感應線圈的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為 12 ?15A / mm2。[0007]優選的，所述精密焊管為X70、X80、X90或XlOO管線鋼管。 [0008]優選的，所述雷射焊接機構功率密度為IO6~IO7W / cm2。
[0009]優選的，所述雷射焊接機構的光源為CO2氣體雷射器或YAG固體雷射器。
[0010]本發明的另一方面是提供一種雷射-高頻複合焊接方法，用於加工精密焊管，其包括步驟:
[0011](a)應用第一熱感應線圈對精密焊管工件進行加熱，以在雷射焊接所述精密焊管工件前進行預熱，其中所述第一熱感應線圈的工作頻率為250~350KHz，其電流密度為8~12A / mm2 ；
[0012](b)應用雷射焊接機構對預熱後的精密焊管工件進行焊接，其中，所述雷射焊接機構功率密度為106~107W / cm2，所述雷射焊接機構的光源為CO2氣體雷射器或YAG固體雷射器；
[0013](C)將雷射焊接後的精密焊管工件通過擠壓輥進行壓合；
[0014](d)應用第二熱感應線圈對壓合後的精密焊管工件進行加熱，以降低精密焊管工件的冷卻速度，其中所述第二熱感應線圈的工作頻率為250~350KHz，其電流密度為12~15A / mm2 ?
[0015]優選的，該焊接方法的焊接速度為I~1.5m / min。
[0016]優選的，所述第一熱感應線圈的工作頻率為250KHZ，其電流密度為IOA / mm2 ;所述第二熱感應線圈的工作頻率為350KHz，其電流密度為12A / mm2。
[0017]本發明的有益效果是，通過第一熱感應線圈對精密焊管工件進行加熱，以在雷射焊接所述精密焊管工件前進行預熱以及第二熱感應線圈對壓合後的精密焊管工件進行加熱，以降低精密焊管工件的冷卻速度；一方面是改善材料對雷射的吸收，可在雷射功率一定的情況下進一步提高焊接熔深，保證焊縫成型，提高焊接製造質量的可靠性，另一方面可以控制焊接接頭的冷卻速度，防止焊接裂紋的產生，改善焊接接頭的組織和性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0019]圖1是本發明實施例的雷射-高頻複合焊接裝置的結構示意圖；
[0020]圖中:1.雷射焊接機構、101.雷射焊接頭、102.雷射光束、2.高頻焊接機構、201.第一熱感應線圈、202.第二熱感應線圈、3.精密焊管工件、4.擠壓輥。
【具體實施方式】
[0021]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0022]如圖1所示，本實施例提供的雷射-高頻複合焊接裝置包括雷射焊接機構1、高頻焊接機構2以及擠壓輥4，所述雷射焊接機構I產生一雷射光束102通過雷射焊接頭101照射到精密焊管工件3上對所述精密焊管工件3進行焊接，進而經過擠壓輥4壓合；其中，所述高頻焊接機構2包括第一熱感應線圈201和第二熱感應線圈202，所述第一熱感應線圈201和第二熱感應線圈202分別位於所述雷射焊接頭101的相對兩側，分別用於對雷射焊接區域前後的精密焊管工件3進行加熱；其中，所述第一熱感應線圈201的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為8?12A / mm2 ;所述第二熱感應線圈202的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為12?15A / mm2。
[0023]其中，所述雷射焊接機構功率密度為IO6?IO7W / cm2 ;所述雷射焊接機構的光源為CO2氣體雷射器或YAG固體雷射器。
[0024]本實施例提供的雷射-高頻複合焊接裝置主要應用於X70、X80、X90或XlOO管線鋼管的加工工藝。
[0025]採用如上所述的雷射-高頻複合焊接裝置進行加工精密焊管的方法如下所述，包括步驟:
[0026](a)應用第一熱感應線圈201對精密焊管工件3進行加熱，以在雷射焊接所述精密焊管工件3前進行預熱，其中所述第一熱感應線圈201的工作頻率的範圍可以選擇為250?350KHz，其電流密度的範圍可以選擇為8?12A / mm2 ;本實施例中，所述第一熱感應線圈201的工作頻率為250KHz，其電流密度為10A/mm2 ；
[0027](b)應用雷射焊接機構I對預熱後的精密焊管工件3進行焊接，其中，所述雷射焊接機構I功率密度為IO6?IO7W / Cm2，所述雷射焊接機構的光源為CO2氣體雷射器或YAG固體雷射器；
[0028](c)將雷射焊接後的精密焊管工件3通過擠壓輥4進行壓合；
[0029](d)應用第而熱感應線圈202對壓合後的精密焊管工件3進行加熱，以降低精密焊管工件3的冷卻速度，其中所述第二熱感應線圈202的工作頻率可以選擇為250?350KHz，其電流密度可以選擇為12?15A / _2，本實施例中，所述第二熱感應線圈202的工作頻率為350KHz，其電流密度為12A / mm2。
[0030]本發明提供的焊接方法中，焊接速度可以選擇為I?1.5m / min。
[0031]綜合以上所述，本發明通過第一熱感應線圈對精密焊管工件進行加熱，以在雷射焊接所述精密焊管工件前進行預熱以及第二熱感應線圈對壓合後的精密焊管工件進行加熱，以降低精密焊管工件的冷卻速度；一方面是改善材料對雷射的吸收，可在雷射功率一定的情況下進一步提高焊接熔深，保證焊縫成型，提高焊接製造質量的可靠性，另一方面可以控制焊接接頭的冷卻速度，防止焊接裂紋的產生，改善焊接接頭的組織和性能。
[0032]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
【權利要求】
1.一種雷射-高頻複合焊接裝置，用於加工精密焊管，包括雷射焊接機構(I)、高頻焊接機構(2)以及擠壓輥(4)，所述雷射焊接機構(I)產生一雷射光束(102)通過雷射焊接頭(101)照射到精密焊管工件(3)上對所述精密焊管工件(3)進行焊接，進而經過擠壓輥(4)壓合；其特徵在於，所述高頻焊接機構(2)包括第一熱感應線圈(201)和第二熱感應線圈(202)，所述第一熱感應線圈(201)和第二熱感應線圈(202)分別位於所述雷射焊接頭(101)的相對兩側，分別用於對雷射焊接區域前後的精密焊管工件(3)進行加熱；其中，所述第一熱感應線圈(201)的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為8?12A / mm2 ;所述第二熱感應線圈(202)的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為12?15A / mm2。
2.根據權利要求1所述的雷射-高頻複合焊接裝置，其特徵在於，所述精密焊管為X70、X80、X90 或 XlOO 管線鋼管。
3.根據權利要求1所述的雷射-高頻複合焊接裝置，其特徵在於，所述雷射焊接機構(I)功率密度為IO6?IO7W / Cm2。
4.根據權利要求1所述的雷射-高頻複合焊接裝置，其特徵在於，所述第一熱感應線圈(201)的工作頻率為250KHz，其電流密度為IOA / mm2 ;所述第二熱感應線圈(202)的工作頻率為350KHz，其電流密度為12A / mm2。
5.根據權利要求1所述的雷射-高頻複合焊接裝置，其特徵在於，所述雷射焊接機構的光源為CO2氣體雷射器或YAG固體雷射器。
6.一種雷射-高頻複合焊接方法，用於加工精密焊管，其特徵在於，包括步驟: (a)應用第一熱感應線圈(201)對精密焊管工件(3)進行加熱，以在雷射焊接所述精密焊管工件(3)前進行預熱，其中所述第一熱感應線圈(201)的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為8?12A / mm2 ; (b)應用雷射焊接機構(I)對預熱後的精密焊管工件(3)進行焊接，其中，所述雷射焊接機構⑴功率密度為IO6?IO7W / cm2，所述雷射焊接機構的光源為CO2氣體雷射器或YAG固體雷射器； (c)將雷射焊接後的精密焊管工件(3)通過擠壓輥(4)進行壓合； (d)應用第而熱感應線圈(202)對壓合後的精密焊管工件(3)進行加熱，以降低精密焊管工件(3)的冷卻速度，其中所述第二熱感應線圈(202)的工作頻率為250?350KHz，其電流密度為12?15A / mm2。
7.根據權利要求6所述的雷射-高頻複合焊接方法，其特徵在於，該焊接方法的焊接速度為 I ?1.5m / min。
8.根據權利要求6所述的雷射-高頻複合焊接方法，其特徵在於，所述第一熱感應線圈(201)的工作頻率為250KHz，其電流密度為IOA / mm2 ;所述第二熱感應線圈(202)的工作頻率為350KHz，其電流密度為12A / mm2。
9.根據權利要求6所述的雷射-高頻複合焊接方法，其特徵在於，所述精密焊管為X70、X80、X90 或 XlOO 管線鋼管。
【文檔編號】B23K13/01GK103464909SQ201310384350
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】宋仁國, 徐一銘, 孔德軍, 陸海, 李海 申請人:張家港市恆運新材料科技有限公司