CN103464909A - 激光-高频复合焊接装置及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光-高频复合焊接装置，用于加工精密焊管，包括激光焊接机构、高频焊接机构以及挤压辊，所述激光焊接机构产生一激光光束通过激光焊接头照射到精密焊管工件上对所述精密焊管工件进行焊接，进而经过挤压辊压合；其中，所述高频焊接机构包括第一热感应线圈和第二热感应线圈，所述第一热感应线圈和第二热感应线圈分别位于所述激光焊接头的相对两侧，分别用于对激光焊接区域前后的精密焊管工件进行加热；本发明还提供了采用如上所述的焊接装置进行焊接的方法。本发明能够在激光焊接之前对焊接工件进行预热，以及在激光焊接之后减缓冷却速度，降低直接使用激光焊接造成的气孔以及裂纹不良。
Description
技术领域
本发明涉及精密焊管加工技术领域，尤其涉及一种激光-高频复合焊接装置及其焊接方法，用于加工精密焊管。
背景技术
精密焊管是用带钢经卷曲成型后焊接制成的钢管，生产工艺简单，品种规格多，强度高于无缝钢管。精密焊管是在一般焊管基础上进一步提高的结果，是焊管产品中的精细产品，要求的精度比普通焊管的精度要高，工艺有严格的要求，一般取下差，质量完全达到精密无缝薄壁管的水平，主要应用在化工、纺织、机械、仪表、航空、汽车等各个领域。
激光焊接与常规焊接方法相比由于具有如下特点(1)激光功率密度高，可以对高熔点、难熔金屑或两种不同金屑材料进行焊接；(2)聚焦光斑小，加热速度快，作用时间短，热影响区小，热变形可忽略；(3)激光焊接属于非接触焊接，无机械应力和机械形变；(4)激光焊接装置容易与计算机联机，能精确定位；(5)激光焊接可在大气中进行，无环境污染；因此激光焊接被广泛应用与精密焊管的制造工艺中。
但是，因为激光焊接时产生很高的峰值温度和温度梯度，同时使母材汽化，容易生成能够吸收和散射激光的等离子体云，所以，单热源激光焊接能量转换效率和利用率低，焊接过程不稳定，接口容易错位，容易产生气孔、疏松、焊缝凹陷，并且激光焊接的冷却速度较快，容易产生裂纹等等。把激光与其他热源，如电弧、等离子弧、高频感应或另外一束特殊的激光复合，共同对工件进行焊接，可以改变功率密度在时间和空间上的分布，改善热作用和影响区域的母材温度分布，减少或消除等离子云，提高工件对激光的吸收率，增大焊接熔深，改善焊缝及热影响区的冷却条件、转变组织和应力状态，有的还可以缓和对母材端面接口精度。因此探索一种适合于精密焊管加工工艺的激光复合焊接装置和焊接方法是十分有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种激光-高频复合焊接装置及其焊接方法，能够在激光焊接之前对焊接工件进行预热，以及在激光焊接之后减缓冷却速度，降低直接使用激光焊接造成的气孔以及裂纹不良。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光-高频复合焊接装置，用于加工精密焊管，包括激光焊接机构、高频焊接机构以及挤压辊，所述激光焊接机构产生一激光光束通过激光焊接头照射到精密焊管工件上对所述精密焊管工件进行焊接，进而经过挤压辊压合；其中，所述高频焊接机构包括第一热感应线圈和第二热感应线圈，所述第一热感应线圈和第二热感应线圈分别位于所述激光焊接头的相对两侧，分别用于对激光焊接区域前后的精密焊管工件进行加热；其中，所述第一热感应线圈的工作频率为250～350KHz，其电流密度为8～12A／mm2；所述第二热感应线圈的工作频率为250～350KHz，其电流密度为12～15A／mm2。
优选的，所述精密焊管为X70、X80、X90或X100管线钢管。
优选的，所述激光焊接机构功率密度为106～107W／cm2。
优选的，所述激光焊接机构的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
本发明的另一方面是提供一种激光-高频复合焊接方法，用于加工精密焊管，其包括步骤：
(a)应用第一热感应线圈对精密焊管工件进行加热，以在激光焊接所述精密焊管工件前进行预热，其中所述第一热感应线圈的工作频率为250～350KHz，其电流密度为8～12A／mm2；
(b)应用激光焊接机构对预热后的精密焊管工件进行焊接，其中，所述激光焊接机构功率密度为106～107W／cm2，所述激光焊接机构的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器；
(c)将激光焊接后的精密焊管工件通过挤压辊进行压合；
(d)应用第二热感应线圈对压合后的精密焊管工件进行加热，以降低精密焊管工件的冷却速度，其中所述第二热感应线圈的工作频率为250～350KHz，其电流密度为12～15A／mm2。
优选的，该焊接方法的焊接速度为1～1.5m／min。
优选的，所述第一热感应线圈的工作频率为250KHz，其电流密度为10A／mm2；所述第二热感应线圈的工作频率为350KHz，其电流密度为12A／mm2。
本发明的有益效果是，通过第一热感应线圈对精密焊管工件进行加热，以在激光焊接所述精密焊管工件前进行预热以及第二热感应线圈对压合后的精密焊管工件进行加热，以降低精密焊管工件的冷却速度；一方面是改善材料对激光的吸收，可在激光功率一定的情况下进一步提高焊接熔深，保证焊缝成型，提高焊接制造质量的可靠性，另一方面可以控制焊接接头的冷却速度，防止焊接裂纹的产生，改善焊接接头的组织和性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的激光-高频复合焊接装置的结构示意图；
图中：1.激光焊接机构、101.激光焊接头、102.激光光束、2.高频焊接机构、201.第一热感应线圈、202.第二热感应线圈、3.精密焊管工件、4.挤压辊。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本实施例提供的激光-高频复合焊接装置包括激光焊接机构1、高频焊接机构2以及挤压辊4，所述激光焊接机构1产生一激光光束102通过激光焊接头101照射到精密焊管工件3上对所述精密焊管工件3进行焊接，进而经过挤压辊4压合；其中，所述高频焊接机构2包括第一热感应线圈201和第二热感应线圈202，所述第一热感应线圈201和第二热感应线圈202分别位于所述激光焊接头101的相对两侧，分别用于对激光焊接区域前后的精密焊管工件3进行加热；其中，所述第一热感应线圈201的工作频率为250～350KHz，其电流密度为8～12A／mm2；所述第二热感应线圈202的工作频率为250～350KHz，其电流密度为12～15A／mm2。
其中，所述激光焊接机构功率密度为106～107W／cm2；所述激光焊接机构的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
本实施例提供的激光-高频复合焊接装置主要应用于X70、X80、X90或X100管线钢管的加工工艺。
采用如上所述的激光-高频复合焊接装置进行加工精密焊管的方法如下所述，包括步骤：
(a)应用第一热感应线圈201对精密焊管工件3进行加热，以在激光焊接所述精密焊管工件3前进行预热，其中所述第一热感应线圈201的工作频率的范围可以选择为250～350KHz，其电流密度的范围可以选择为8～12A／mm2；本实施例中，所述第一热感应线圈201的工作频率为250KHz，其电流密度为10A/mm2；
(b)应用激光焊接机构1对预热后的精密焊管工件3进行焊接，其中，所述激光焊接机构1功率密度为106～107W／cm2，所述激光焊接机构的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器；
(c)将激光焊接后的精密焊管工件3通过挤压辊4进行压合；
(d)应用第而热感应线圈202对压合后的精密焊管工件3进行加热，以降低精密焊管工件3的冷却速度，其中所述第二热感应线圈202的工作频率可以选择为250～350KHz，其电流密度可以选择为12～15A／mm2，本实施例中，所述第二热感应线圈202的工作频率为350KHz，其电流密度为12A／mm2。
本发明提供的焊接方法中，焊接速度可以选择为1～1.5m／min。
综合以上所述，本发明通过第一热感应线圈对精密焊管工件进行加热，以在激光焊接所述精密焊管工件前进行预热以及第二热感应线圈对压合后的精密焊管工件进行加热，以降低精密焊管工件的冷却速度；一方面是改善材料对激光的吸收，可在激光功率一定的情况下进一步提高焊接熔深，保证焊缝成型，提高焊接制造质量的可靠性，另一方面可以控制焊接接头的冷却速度，防止焊接裂纹的产生，改善焊接接头的组织和性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种激光-高频复合焊接装置，用于加工精密焊管，包括激光焊接机构(1)、高频焊接机构(2)以及挤压辊(4)，所述激光焊接机构(1)产生一激光光束(102)通过激光焊接头(101)照射到精密焊管工件(3)上对所述精密焊管工件(3)进行焊接，进而经过挤压辊(4)压合；其特征在于，所述高频焊接机构(2)包括第一热感应线圈(201)和第二热感应线圈(202)，所述第一热感应线圈(201)和第二热感应线圈(202)分别位于所述激光焊接头(101)的相对两侧，分别用于对激光焊接区域前后的精密焊管工件(3)进行加热；其中，所述第一热感应线圈(201)的工作频率为250～350KHz，其电流密度为8～12A／mm2；所述第二热感应线圈(202)的工作频率为250～350KHz，其电流密度为12～15A／mm2。
2.根据权利要求1所述的激光-高频复合焊接装置，其特征在于，所述精密焊管为X70、X80、X90或X100管线钢管。
3.根据权利要求1所述的激光-高频复合焊接装置，其特征在于，所述激光焊接机构(1)功率密度为106～107W／cm2。
4.根据权利要求1所述的激光-高频复合焊接装置，其特征在于，所述第一热感应线圈(201)的工作频率为250KHz，其电流密度为10A／mm2；所述第二热感应线圈(202)的工作频率为350KHz，其电流密度为12A／mm2。
5.根据权利要求1所述的激光-高频复合焊接装置，其特征在于，所述激光焊接机构的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
6.一种激光-高频复合焊接方法，用于加工精密焊管，其特征在于，包括步骤：
(a)应用第一热感应线圈(201)对精密焊管工件(3)进行加热，以在激光焊接所述精密焊管工件(3)前进行预热，其中所述第一热感应线圈(201)的工作频率为250～350KHz，其电流密度为8～12A／mm2；
(b)应用激光焊接机构(1)对预热后的精密焊管工件(3)进行焊接，其中，所述激光焊接机构(1)功率密度为106～107W／cm2，所述激光焊接机构的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器；
(c)将激光焊接后的精密焊管工件(3)通过挤压辊(4)进行压合；
(d)应用第而热感应线圈(202)对压合后的精密焊管工件(3)进行加热，以降低精密焊管工件(3)的冷却速度，其中所述第二热感应线圈(202)的工作频率为250～350KHz，其电流密度为12～15A／mm2。
7.根据权利要求6所述的激光-高频复合焊接方法，其特征在于，该焊接方法的焊接速度为1～1.5m／min。
8.根据权利要求6所述的激光-高频复合焊接方法，其特征在于，所述第一热感应线圈(201)的工作频率为250KHz，其电流密度为10A／mm2；所述第二热感应线圈(202)的工作频率为350KHz，其电流密度为12A／mm2。
9.根据权利要求6所述的激光-高频复合焊接方法，其特征在于，所述精密焊管为X70、X80、X90或X100管线钢管。
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