激光复合焊应用说明

激光复合焊应用说明
大族激光科技产业集团股份有限公司
目录
1激光电弧复合焊设备说明 (3)
2激光电弧复合焊原理 (3)
3操作说明 (4)
4基本焊接工艺说明 (5)
1激光电弧复合焊设备说明
激光电弧复合焊设备主要由以下部分组成，包括：激光器、弧焊机及送丝机、机器人（机床）及控制器、复合焊接头等，如下图所示。

弧焊机和激光器与机器人（机床）控制器相连形成一个整体。

2激光电弧复合焊原理
在激光电弧复合焊接过程中，焊丝、激光束、母材及焊接方向之间的关系如下图所示：
激光电弧复合焊原理图
在上图中，d1为焦点与工件的距离；d2为焊丝与激光光斑中心的距离（光丝距离），为保证焊接质量，需调整上述两参数；d3为电极与母材表面之间的距离，决定了焊丝的干伸长度。

d1值的大小决定了激光照射在母材表面光斑的大小，影响焊接的深度，同时与激光焊接时表面成型及飞渐情况有关。

d2距离的大小决定了电弧熔池与激光熔池两者之间的关系，为了得到最佳
的焊接效率及表面成形，特别是在进行全透焊接时，控制d2的大小很重要。

d3距离过大一方面会使送丝变得不稳定，另一方面会使电弧过长，易产生电弧摆动，出现烧边现象，使得焊接过程不稳定；过小则焊接电弧太短，易形成短路。

一般控制d3约15mm，在焊接过程中所通过焊接电源的弧长修正进行微调，从而保证焊接的稳定性。

焊接方向为前送丝，即电弧在前，激光在后（铝合金焊接相反），焊接方向与焊缝成型及间隙适应性有关，同时前送丝可减少焊接烟尘对未焊接头的污染（吹气方向决定）。

送丝角度约45度，角度对弧焊的深度有一定的影响，相对小角度而言，大角度可获得较大的熔深。

在进行确定材料的焊接时，首先需确定激光焊接深度的参数及电弧稳定焊接的参数，特别是电弧焊接的参数，因为电弧稳定与否直接影响焊缝的外观。

根据不同的工艺需求，还需确定激光与电弧熔池之间的位置关系，即d2的大小。

d2确定的是激光与电弧之间相互作用的效果，如下图所示：
d2约为2mm时（图C），激光与电弧相互作用的效果最为明显，即电弧对母材的加热更有利于激光的吸收，同时电弧对激光等离子云起到一定的抑制效果，可增加激光的熔深，而激光对电弧又可起到一定的引导作用，使电弧更加稳定。

所以激光与电弧不是简单的叠加，而是相互作用，合适的距离可使激光与电弧的作用最为明显，从而获得最大的熔深。

3操作说明
本司采用的弧焊机为福尼斯TPS系列焊机，与自熔焊接相比，复合焊操作主要是增加了弧焊机、送丝机、复合焊接头的操作。

弧焊机的操作详见《RCU5000i操作说明》。

送丝机的操作详见《送丝机操作说明》。

复合焊接头由激光焊接头和弧焊枪组合而成，见下图：
激光焊接头与弧焊枪的相对位置关系可通过复合焊接头上的螺孔进行上下、左右、前后方向调整，螺孔位置见下图：
弧焊枪的操作说明详见《焊枪操作说明》。

4基本焊接工艺说明
在进行复合焊接之前，可先进行纯电弧焊接调试，设置焊丝干伸长度约15mm，焊丝进丝角度约450，焊接过程中可能遇到的问题主要有：
（1）电弧起弧不稳定、起始位置焊缝过高、收弧弧坑等；
（2）焊接过程飞溅大；
（3）焊缝成形差，表面粗糙、咬边、气孔等，如下图所示：
上述负象主要在于起弧方式、起弧电流、收弧电流、送丝速度及弧长的设定。

由于焊接过程电弧采用一元化控制，即通过确定送丝速度来确定焊接电流及电压，要想提高焊接电流则需提高送丝速度。

在送丝速度较低时，由于焊接电流较
低，焊接过程中熔滴过渡不稳定，熔滴不能形成稳定的射流过渡，所以焊接过程电弧不稳定，飞溅大。

同时，弧长对于焊接过程的稳定性也起到了重要作用，电弧过短则焊接时容易形成短路且飞溅大，造成不稳定；电弧过长，则容易形成断路，并且焊缝较宽、焊深浅，无法实现高速焊接，通过调节焊机的弧长修正功能可实现弧长在一定范围内的修正（调节范围为－30%～30%），且调节过程可实现在线连续调节，即在焊接过程中连续调节进行弧长修正，通过观察焊接过程变化来确定调节量。

调节面板如下图：
a b
上图a中，设置选项包括Job号（焊接时调用的程序号）、送丝速度、弧长修正、脉冲修正、焊枪开关模式、工艺，说明如下：
(1)送丝速度决定了焊接电流及电压，时间决定了焊接时焊丝的填充量，会影响
焊后焊缝余高；
(2)弧长修正可对弧长在一定范围内进行修正，这对于焊接过程飞溅及焊接稳
定性具有重要作用；
(3)脉冲修正可对焊接时的脉冲进行调节（-5～5），通过调节，可对脉冲频率及
峰值功率进行调节，从而影响焊接的稳定性及弧焊深度；
(4)焊枪开关模式具有多种选择方式，包括2步、4步、S2步、S4步、点焊，
试验中通过反复试验，S2步方式能够较好的优化起弧和收弧位置焊缝成形，S2步调节参数如图b所示，主要设置包括起弧电流、起弧电流持续时间、电弧电流与焊接电流过渡时间、收弧电流、收弧电流持续时间、焊接电流与收弧电流过渡时间。

与起弧相关的设置决定了起弧的稳定性及起始焊缝的成形，在焊接开始时，起始位置机器人起步速度较正常焊接慢，如果起弧电流及时间不进行调节，则起始焊缝凸起较高，所以需调节起弧电流的大小及持续时间，降低起弧电流可降低送丝速度，从而降低了起始位置的焊丝填充量，与速度相匹配获得大小均匀的焊缝，但起始电流的大小、持续时间及与焊接电流的过渡时间均会影响起弧的稳定性，为保证焊接质量需反复进行调试；
与收弧相关的设置主要用于解决收弧处弧坑的大小，若焊接结束时没有收弧控制功能，焊接电流瞬间关闭后将在收弧处形成较大的弧坑，影响焊接质量，通过调节收弧电流在一个合适的较小电流，时间调节好收弧电流的持续时间及与正常焊接电流的过渡时间，可消除收弧弧坑。

在初始试验参数焊接效果较差的情况下，通过提高送丝速度（焊接电流提高）并进行一定的弧长修正及起弧收弧控制，焊接过程变得较为稳定且飞溅小，焊缝成形均匀，如下图所示:
在调节好弧焊焊接稳定性及焊缝成形后，进行激光与电弧的复合焊接调试。

随着板厚的增加，在进行激光复合焊穿透焊接时，焊缝下漏现象难以控制。

在焊丝直径的选择上，小直径焊丝焊接时临界电流（熔滴形成射流过渡时的电流）较低，在相同的送丝速度下焊接电流较小，热输入较小，同时焊缝的填充金属也较少，更易获得小焊宽及余高的焊缝成形。

在焊接速度较慢的情况下，同时为保证达到临界焊接电流，又必须保证较快的送丝速度，在这种情况下宜选用小直径焊丝，便于控制焊缝的高度。

焊接过程中的主要难点在于焊接起始位置的成形控制，一方面是焊接起始位置焊缝的高度控制，另一方面是焊接起始位置背面下漏控制，两种情况如下图所示：
焊接起始位置问题的出现主要原因在于起步时机器人运动速度较慢造成的，处理起始位置焊缝过高的问题主要是通过控制焊接起始电流及过渡时间。

处理起始位置熔滴下漏的问题必须设置激光起始等待或爬长时间，必要时可在焊缝起始位置放置引弧板。

焊机参数调节可在焊接过程中进行，实时调节。