中厚度鎂合金CO₂雷射-MIG複合焊接工藝的製作方法

2023-05-04 17:13:01

專利名稱：中厚度鎂合金CO2雷射-MIG複合焊接工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於焊接領域，具體地說就是中厚度鎂合金C02雷射一MIG複合焊 接工藝，它適用於4mm 25mm厚的鎂合金材料的焊接。
背景技術：
焊接技術是現代製造工業中不可缺少的重要組成部分，已經滲透到現代機械 製造業的各個生產領域。優質、高效成為衡量一種焊接方法和焊接工藝是否優良 的標誌。
鎂合金具有熔點低、線膨脹係數及熱導係數高等特點，導致鎂合金在焊接過 程中容易出現氧化燃燒、裂紋以及熱影響區過寬等問題。通過多年的研究，國內 外在鎂合金焊接方面有較大'的進步，主要包括鎂合金TIG焊、雷射一TIG焊、 FSW悍、單雷射焊或電子束焊等，但大部份的理論、工藝研究都是基於薄板。 由於鎂合金焊接特性決定了其隨著板厚的增加，焊接問題變得更加嚴重。現研究 的TIG焊接方法一般用於3mm以下的薄板焊接，存在焊接效率低、熱輸入大等 問題。如FSW焊對工裝和使用條件要求嚴格，而雷射悍存在對裝配要求高、熔 池搭橋能力差等缺陷。尤其是對於規格尺寸為4mm 25mm的中厚度鎂合金板的 焊接技術更是極待解決的問題。

發明內容
本發明的目的在於克服現有TIG焊、雷射一TIG焊、FSW焊、單雷射焊或 電子束焊等在焊接中厚度鎂合金板中所存在的不足，提供一種焊接熔深大、焊接 速度快、效率低、工件變形小、裝配要求低、熔池搭橋能力強、易於集成等特點 的中厚度鎂合金C02雷射""MIG複合焊接工藝。
本發明的目的通過以下技術方案實現 一種中厚度鎂合金C02雷射一MIG 複合焊接工藝，其特徵在於該工藝包括下列步驟
a、 焊接接頭設計根據中厚度鎂合金板厚4mm 25mm，設定接頭不開坡口 或開坡口；
b、 焊接方式設計根據中厚度鎂合金板厚4mm 25mm，採用單面焊雙面 成形工藝或雙面焊雙面成形工藝；兩板對接間隙為0 lmm;c、 設定複合方式和熱源間距複合方式採用C02雷射焊在前、MIG焊在後 同步迸行；設計雷射焊槍與MIG焊槍的角度位置，及熱源間距為lmm 2mm;
d、 調節He、 Ar混合氣比例通過調節閥調定He、 Ar混合氣比例按體積比 為1 : 2;
e、 根據複合方式設置焊接工藝參數
① 根據熔深和鎂合金板厚選擇C02雷射焊的雷射功率1500W 5000W; 焊接速度範圍0.5m/s 2m/s;
離焦量為0;
② 選擇MIG焊的氣流量20L/min 25L/min; 焊接電流60A 210A;幹伸長10mm 14mm;
f、 同步進行複合焊接。
所述的焊接接頭當板厚4mm 20咖時，不開坡口；當板厚20mm 25咖時， 開雙面坡口，坡口角度為18。 22° ，留鈍邊15mm。
所述的焊接方式當板厚為4mm 12mm時，採用單面焊雙面成形工藝；當板 厚12mm 25mm時，採用雙面焊雙面成形工藝。
所述的MIG焊槍相對鎂合金板傾斜角度為60。 70° ;雷射焊槍與MIG焊 槍夾角為20。 30° 。
與現有技術相比本發明的有益效果是①通過C02雷射一MIG複合焊的復 合方式、熱源間距、氣體配比和雷射參數等控制，可實現中厚度鎂合金板的焊接， 獲得焊縫表面乾淨、光滑、成型好、無凹陷等優點，尤其是12mm以下厚度的鎂 合金板無需開坡口能一次性焊透，這可從圖4、圖5的正、反面形貌圖可知；② 通過雷射和MIG兩熱源之間的相互作用，彌補了單熱源焊接工藝的不足，具有 焊接熔深大、焊接速度快、工件變形小、裝配要求低、熔池搭橋能力強、易於集 成等特點；③由於具有高速、低變形的焊接特徵，故能有效控制鎂合金焊接過程 中因過熱造成的焊縫及母材晶粒過大等問題。總之，它解決了常規TIG、雷射一 TIG複合焊等方法難以高質、高效完成中厚度鎂合金的焊接問題。


圖l為本發明的雷射功率、焊接速度與熔深的關係曲線圖。 圖2為本發明C02雷射一MIG複合焊的焊接裝置示意圖。 圖3為25mm厚的鎂合金板的複合焊接頭形式圖。 圖4為lOmm厚鎂合金板採用本發明焊接後的正面形貌圖。圖5為10mm厚鎂合金板採用本發明焊接後的反面形貌圖。
具體實施例方式
本發明決定對中厚度鎂合金板1的焊接採用CCV雷射""MIG複合焊工藝後， 按如下步驟實施
1) 進行焊接接頭設計和焊接方式設計(1)根據板厚t設計是否開坡口及 坡口角度r， (2)根據板厚t確定單面焊或雙面焊，(3)設定接頭間隙，(4)按 C02雷射焊在前、MIG熔化極氬弧焊在後同步進行的複合方式，並設定熱源間距
2) 按要求操縱混合氣體調節閥來調節氦氣(He)和氬氣(Ar)按體積比的混合 比例；
3) 設計焊接工藝參數(1)對於雷射焊的雷射功率選擇參照圖1，根據熔 深尺寸和焊接速度的要求，在四條不同的焊接曲線上可對應査到雷射功率的大 小；其中曲線I的焊接速度為500mm/min;曲線II的焊接速度為1000mm/min;曲 線III的焊接速度為1500咖/min;曲線IV的焊接速度為2000mm/min; (2)選擇 MIG焊的氣流量、焊接電流和氣流量。
4) 同步進行複合焊接時選擇圖2焊接裝置圖，圖2中1:鎂合金板、2: C02 雷射焊槍、3: MIG焊槍、a: MIG焊槍相對鎂合金板的傾斜角度、P: C02激 光焊槍與MIG焊槍夾角、a:熱源間距。將雷射焊槍2和MIG焊槍3按圖示焊 接方向和相關位置要求捆綁在一個焊接裝置上。並設計MIG焊槍3相對鎂合金 板l傾斜角度aiO。 70° ;雷射焊槍2與MIG焊槍3夾角e =20° 30° ， 焊槍行進由電動進行。
圖3是t-25mm厚的鎂合金板的複合焊焊接頭形式及所開的坡口角度、尺寸 要求，是一個具體實施例。其中坡口角度產18。 22。，留鈍邊f^5mm。 實施例l
本實施例的中厚度鎂合金C02雷射一MIG複合焊接工藝為單面焊雙面成形 工藝，焊接的鎂合金板厚為t=10mm，它包括以下步驟(1)設計接頭形式和焊 接方式，不開坡口單面焊，兩板對接間隙為0 1咖；(2)設置雷射一MIG複合 焊複合方式為雷射焊在前、MIG氬弧焊在後，兩複合熱源的間距為a-lmm 2mm; (3)設定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、 Ar體積比為1: 2的混合氣 體，並設定MIG焊機的焊接氣流量為20L/min~25L/min; (4)設定MIG焊接 工藝規範，焊接電流範圍為80A 100A，幹伸長為10mm 14咖；(5)設定雷射焊接功率為3500W，焊接速度為1000mm/s，離焦量為0。 實施例2
本實施例的中厚度鎂合金C02雷射一MIG複合焊接工藝為雙面焊工藝，焊 接的鎂合金板厚為t=20mm，它包括以下步驟(1)設計接頭形式和焊接方式， 不開坡口雙面焊，面板對接間隙為0 lmm; (2)設置雷射一MIG複合焊複合方 式為雷射焊在前、MIG氬弧焊在後，兩複合熱源的間距為a-lmm 2mm; (3)設 定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、 Ar體積比為l: 2的混合氣體，並設 定MIG焊機的焊接氣流量為20L/min 25L/min; (4)設定MIG焊接工藝規範， 焊接電流範圍為160A 180A，幹伸長為10mm 14mm; (5)設定雷射焊接功率 為4500W，焊接速度為1500mm/s，離焦量為0。
實施例3
本實施例的中厚度鎂合金C02雷射一MIG複合焊接工藝為雙面焊工藝，焊 接的鎂合金板厚為t=25mm，它包括以下步驟(1)設計接頭形式和焊接方式， 按附圖3設計接頭坡口，並採用雙面焊，對接間隙為0 1ifflll; (2)設置雷射一 MIG複合焊複合方式為雷射焊在前、MIG氬弧焊在後，兩複合熱源的間距為 a-lmm 2咖；(3)設定MIG焊氣體，通過氣體混合閥獲得He、 Ar體積比為l: 2的混合氣體，並設定MIG焊機的焊接氣流量為20L/min 25L/min; (4)設定 MIG焊接工藝規範，焊接電流範圍為190A 210A，幹伸長為10mm 14咖；(5) 設定雷射焊接功率為4500W，焊接速度為500mra/s，離焦量為0。
本發明不局限於上述實施方式，只要是說明書中提及的方案均落在本發明的 保護範圍之內。
權利要求
1、一種中厚度鎂合金CO2雷射—MIG複合焊接工藝，其特徵在於該工藝包括下列步驟a、焊接接頭設計根據中厚度鎂合金板厚4mm～25mm，設定接頭不開坡口或開坡口；b、焊接方式設計根據中厚度鎂合金板厚4mm～25mm，採用單面焊雙面成形工藝或雙面焊雙面成形工藝；兩板對接間隙為0～1mm；c、設定複合方式和熱源間距複合方式採用CO2雷射焊在前、MIG焊在後同步進行；設計雷射焊槍與MIG焊槍的角度位置，及熱源間距為1mm～2mm；d、調節He、Ar混合氣比例通過調節閥調定He、Ar混合氣比例按體積比為12；e、根據複合方式設置焊接工藝參數①根據熔深和鎂合金板厚選擇CO2雷射焊的雷射功率1500W～5000W；焊接速度範圍0.5m/s～2m/s；離焦量為0；②選擇MIG焊的氣流量20L/min～25L/min；焊接電流60A～210A；幹伸長10mm～14mm；f、同步進行複合焊接。
2、 根據權利要求1所述的中厚度鎂合金C02雷射""MIG複合焊接工藝，其特 徵在於所述的焊接接頭當板厚4mm 20mm時，不開坡口；當板厚20ram 25mm時， 開雙面坡口，坡口角度為18。 22° ，留鈍邊15mm。
3、 根據權利要求1所述的中厚度鎂合金C02雷射一MIG複合焊接工藝，其特 徵在於所述的焊接方式當板厚為4mm 12ram時，採用單面焊雙面成形工藝；當板 厚12mm 25mra時，採用雙面焊雙面成形工藝。
4、 根據權利要求1所述的中厚度鎂合金C(V雷射一MIG複合焊接工藝，其特 徵在於所述的MIG焊槍相對鎂合金板傾斜角度為60。 70° ;雷射焊槍與MIG焊 槍夾角為20。 30° 。
全文摘要
本發明是一種中厚度鎂合金CO2雷射-MIG複合焊接工藝，該工藝包括焊接接頭設計和方式設計；設定複合方式和熱源間距；調節He、Ar混合氣比例；按熔深和鎂合金板厚度選擇CO2雷射焊接的雷射功率、焊接速度；選擇MIG焊的氣流量和焊接電流；最後完成複合焊工藝。該工藝解決了常規TIG、雷射-TIG複合焊難以高質、高效完成中厚度鎂合金的焊接問題，也彌補了單熱源焊接中厚度鎂合金的不足，具有焊接熔深大，焊接速度快、工件變形小，裝配要求低、熔池搭橋能力強，易於集成等特點，能有效控制鎂合金焊接過程中因過熱造成焊縫及母材晶粒過大等問題。
文檔編號B23K28/00GK101434011SQ20081016268
公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者馮傑才, 王冬生, 王有祁, 王法科, 程朝豐, 兵 譚, 陳東高, 冰 馬 申請人:中國兵器工業第五二研究所