一种中厚板角接头光束-焊丝错位激光-MAG复合焊接方法

摘要

一种中厚板角接头光束‑焊丝错位激光‑MAG复合焊接方法，它涉及材料加工工程领域，本发明要解决中厚板角接头激光‑MAG复合焊接过程出现的焊接适应性差、表面焊缝凹凸不平、平整度差，背部焊缝未熔透、成形不连续、咬边，热输入过大引起的整体下塌，装配精度以及材料制备精度尤其是间隙和错边对焊接质量影响极大，特别是在装配精度不高条件下出现的背部竖板一侧强制堆焊成形，连接处未熔化形成整体焊缝的问题，本发明采用激光束引导下的光束‑焊丝错位激光‑MAG复合焊接方法，进行单侧施焊得到符合要求的一次焊透双面成形的焊缝。采用本发明的方法焊接后的坡口减小，焊道数减少，填充量减少，显著提高效率，焊接速度，降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中厚板角接头光束-焊丝错位激光-MAG复合焊接方法，属于材料加工工程领域。

背景技术

随着轨道列车、轮船、航空航天制造领域高速化发展，能源紧缺和环境污染问题的日益加剧，高强度、轻量化、节能、环保和安全已成为当今大型结构件制造工业发展的必然趋势及要求，故中厚板结构件的焊接工艺问题一直是国内外学者、大型制造企业研究的热点。中厚板角接头通常材料为耐候钢、奥氏体和马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢、高镍合金和钛等。目前6mm～20mm中厚板角接头主要用于轨道列车转向架、轮船以及航空航天用侧梁箱型件等大型构件，为了满足其严苛的使用环境及性能指标，中厚板角接头打底焊需要实现单侧施焊、一次焊透、双面成形以及尽量少的填充层数的焊接工艺要求。

根据相关文献和实际调研结果，这种中厚板角接头的传统焊接方法为MAG大坡口多层多道焊，常存在以下焊接问题：

(1)MAG多层多道焊，由于板厚而导致热输入大、变形明显；

(2)MAG多层多道焊，由于坡口大，填充层数较多，故焊接和打磨工作量非常大、焊接效率低，焊接环境恶劣；

(3)采用MAG焊时，由于窄而深的间隙下电弧极易受到竖板和坡口的吸引，熔滴下落过程易收到竖板和坡口的吸引作用，故导致熔滴过渡不稳定，从而焊缝表面成形较差，填充量不足；

(4)焊后容易出现气孔、咬边和未熔透等焊接缺陷

(5)中厚板角接头MAG打底焊一次焊接无法对横板与竖板两板连接处进行充分加热，故使结合处两板未整体熔化，两板之间连接仅仅主要靠液态熔融金属流入两板之间冷却凝固而形成的接头，导致两板连接不可靠，强度低；

(6)角接头背部焊缝成形差，背部余高也是靠液态熔融金属在外力作用下挤入少量冷却凝固形成，背部焊缝易出现咬边缺陷，出现应力集中点，打底焊难以实现一次焊透双面成形。

故在这种焊接方法下得到的连接件无法满足使用要求，故亟待一种高效、稳定、可靠的焊接技术解决此问题。

目前，激光-MAG复合焊接技术仍是各国研究机构最广泛关注的复合焊接方法之一，激光-MAG复合焊接技术能有效地利用电弧热量，在较小的激光功率下获得较大的熔深，在冷却时能够获得较好的焊缝微观结构，较高的工艺稳定性，易控制焊缝成形和接头性能等优点。另外，激光-MAG复合焊接技术综合了激光与电弧各自的优势，又弥补了各自的不足，并可以根据不同的热源组合、相对位置、能量匹配组成多种复合形式，激光-MAG复合焊焊缝质量好，深宽比大，热影响区小，焊接变形小，而且焊接速度快以及易于实现自动化等优点，已经在工业生产中得到广泛的应用。

在实际中厚板角接头激光-MAG复合焊接过程中，由于复合形式多种多样，如何保证在焊缝组对间隙不均匀变化、焊接位置限制的情况下，实现打底焊需要实现单侧施焊、一次焊透、双面成形的焊接工艺要求是此工艺的关键技术。同时，在实际焊接过程中，背部焊缝易出现背部竖板一侧强制成形，熔透量较少且出现咬边等问题，以上缺点均不利于此类结构件的力学性能及密封性。

发明内容

本发明要解决中厚板角接头激光-MAG复合焊接过程出现的焊接适应性差、表面焊缝凹凸不平、平整度差，背部焊缝未熔透、成形不连续、咬边，热输入过大引起的整体下塌，装配精度以及材料制备精度尤其是间隙和错边对焊接质量影响极大，特别是在装配精度不高条件下出现的背部竖板一侧强制堆焊成形，连接处未熔化形成整体焊缝的问题，而提出了一种中厚板角接头光束-焊丝错位激光-MAG复合焊接方法。

本发明的一种中厚板角接头光束-焊丝错位激光-MAG复合焊接方法，它是按照以下步骤进行的：

步骤一:将工件的待焊接部位加工成单v型坡口、单u型坡口、单Y型坡口或带钝边单U型坡口，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用夹具将激光头与MAG焊枪固定；

步骤三:中厚板角接接头激光-电弧复合焊接过程中，采取激光在前，焊丝在后的复合焊接模式，使激光束与焊丝尖端沿着垂直于焊缝方向错开并产生错位距离，焊丝尖端始终位于角接接头组对间隙处，激光束位于横板坡口处，以保证严格的错位设置；所述的错位距离为激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l；

步骤四:设定工艺参数：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～6mm，离焦量为﹣3～﹢3mm，组对间隙为0.5～3mm，激光头、焊枪与竖板夹角为5°～25°，二者夹角可能不相同，激光功率为2000～6000W，电弧电流为60～300A，激光电弧间距为2～6mm，焊接速度为0.3～1.8m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～50L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～6mm，离焦量为﹣3～﹢3mm，激光头、焊枪与竖板夹角为5°～25°，二者夹角可能不相同，激光功率为500～1500W，电弧电流为100～300A，激光电弧间距为2～8mm，焊接速度为0.3～1.5m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～40L/min；

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

本发明旨在焊接中厚板角接头，采用激光束引导下的光束-焊丝错位的激光-MAG复合焊接方法，进行单侧施焊得到符合要求的一次焊透双面成形的焊缝，其示意图如图1所示。

本发明相比于传统电弧焊、传统非错位式激光-MAG复合焊接主要有以下几点优势：

1.相比于传统电弧焊等，具有以下优势：由于采用了高能量密度的激光热源，减少热输入，焊缝热影响区窄，降低残余变形及残余应力；坡口减小，焊道数减少，填充量减少，显著提高效率，焊接速度，降低了生产成本；相比于多层多道焊，晶粒得到一定程度的细化，降低材料焊接热裂纹倾向及消除气孔，提高接头力学性能及密封性；最重要的是，由于中厚板角接接头焊接过程由于竖板的存在，其对下落的熔滴产生显著的吸引作用即磁偏吹的影响，该吸引力对于熔滴的下落轨迹影响显著，使其直接过渡到竖板上形成堆焊而非形成焊缝，而采用光束-焊丝错位式复合焊接技术下，激光的引入会明显削弱磁偏吹的作用，对下落的熔滴起到引导的作用，克服竖板的吸引作用，使其在激光束高能量密度热源的作用下，使中厚板角接头打底焊一次焊接可以对横板与竖板两板连接处进行充分加热，故使结合处两板整体熔化，后凝固成可靠的角接头，并且背部焊缝成形良好，无咬边、应力集中、未熔透等缺陷，连接可靠。而非单MAG焊接过程中横板过多熔化竖板较少熔化，熔融金属在重力等外力作用下挤压到背部所形成的不牢固接头。

2.相比于传统的激光-MAG复合焊接，采用光束-焊丝错位具有以下优势：由于激光束对于下落熔滴的引导作用效果明显，使竖板对于熔滴的吸引作用效果大大减弱，从而增大了稳定的射滴过渡区间，进而保证整个熔滴过渡过程的稳定性，从而实现了工艺窗口更大，更稳定的射滴过渡区间，进而得到了良好的焊缝表面成形；实际应用由于组对间隙的存在，采用光束-焊丝错位可防止激光束作用于间隙，从而导致在激光束强烈引导下的竖板强制成形缺陷的产生，一旦产生竖板强制成形现象，则无法形成具有可靠连接的焊缝；由于采用错位的方式，增大了激光与电弧之间的有效耦合作用区域，从而提高了中厚板角接头的焊接适应性，即使存在较大的间隙也可以得到可靠的接头；由于传统激光-MAG复合焊接同面排布的方式，焊枪往往与激光头固定，整个复合焊接装置柔性较低，采用错位方式，激光头与焊枪的极限移动位移和角度均增大，可以实现更多的相对位置排布，可焊接的有效区域变大；错位方式下，提高了角接头横板与竖板连接部位的整体熔透性，接头连接更可靠，背部焊缝成形更美观，填充饱满，提高了接头的力学性能。

附图说明

图1为本发明的光束-焊丝错位焊接示意图；

图2为激光-电弧相对位置局部示意图；

图3为实施例1方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时焊缝正面照片；

图4为实施例1方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时焊缝横截面形貌照片；

图5为实施例1方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时MAG焊下的一个熔滴过渡周期照片；其中，a为t＝0ms的照片；b为t＝1.4ms的照片；c为t＝2.6ms的照片；d为t＝4.0ms的照片；

图6为实施例2方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时焊缝正反面形貌照片；

图7为实施例2方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时同面排布P＝4500W下的一个熔滴过渡周期照片；其中，a为t＝0ms的照片；b为t＝0.8ms的照片；c为t＝2.8ms的照片；d为t＝5.0ms的照片；

图8为实施例3方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时焊缝表面形貌以及横截面形貌照片；

图9为实施例3方法对12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时错位P＝4500W下的一个熔滴过渡周期照片；其中，a为t＝0ms的照片；b为t＝2.8ms的照片；c为t＝3.6ms的照片；d为t＝6.8ms的照片；

图10为实施例4方法对12mm厚S355耐候钢角接接头进行打底焊时焊缝正面形貌照片；

图11为实施例5方法对12mm厚S355耐候钢角接接头进行打底焊时焊缝正面形貌照片；

图12为实施例6方法对12mm厚S355耐候钢角接接头进行打底焊时焊缝正面形貌照片；

图13为实施例7方法对12mm厚S355耐候钢角接接头进行打底焊时焊缝正面形貌照片。

具体实施方式

具体实施方式一：采用激光束-焊丝错位的激光-MAG复合焊接中厚板角接接头，激光器可以采用CO₂气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等，其中以采用光纤传输的YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器焊接效果最佳，因为其更加灵活和高效。MAG采用Fronius>

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单v型坡口、单u型坡口、单Y型坡口或带钝边单U型坡口，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节；

步骤三:中厚板角接接头激光-电弧复合焊接过程中，采取激光在前，焊丝在后的复合焊接模式，为了保证焊丝在焊接过程中能够扎入到熔池中，保证焊接过程中熔滴过渡的稳定性，并且保证角接接头两板连接处的整体熔透性，激光束沿移动方向扫过的平面与焊丝沿移动方向扫过的平面两平面与竖直板所成角不能过大。错位要求焊丝尖端始终位于角接接头组对间隙处，而激光束作用于横板坡口处，两者平面之间存在一定的空间距离，两平面之间的空间距离L通过激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l来表征，并且异面之间的空间距离与接头的组对间隙、板厚的大小直接相关，组对间隙越大，板厚越大，L越大。

步骤四:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～5mm，离焦量为﹣3～﹢3mm，组对间隙为0.5～3mm，激光头、焊枪与竖板夹角为5°～25°，二者夹角可能不相同，激光功率为2000～6000W，电弧电流为60～300A，激光电弧间距为2～6mm，焊接速度为0.3～1.8m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～50L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～6mm，离焦量为﹣3～﹢3mm，激光头、焊枪与竖板夹角为5°～25°，二者夹角可能不相同，激光功率为500～1500W，电弧电流为100～300A，激光电弧间距为2～8mm，焊接速度为0.3～1.5m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～40L/min；

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

由于长中厚板角焊缝焊接过程中受热产生变形，可通过焊前合适的点固工艺对起弧端和收弧端进行固定。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：激光器为CO₂气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：激光束与焊丝尖端在沿着垂直于焊缝方向错开是指激光束沿移动方向扫过的平面与焊丝沿移动方向扫过的平面在沿着垂直于焊缝方向错开。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：激光束与焊丝尖端在沿着垂直于焊缝方向错开并产生1～6mm的错位距离。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：激光束与焊丝尖端在沿着垂直于焊缝方向错开并产生1～3mm的错位距离。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～3mm，离焦量为﹣3～﹢2mm，组对间隙为0.5～2mm，激光头、焊枪与竖板夹角为5°～20°，二者夹角可能不相同，激光功率为3000～6000W，电弧电流为100～300A，激光电弧间距为2～5mm，焊接速度为0.5～1.8m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～40L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～2mm，离焦量为﹣2～﹢2mm，激光头、焊枪与竖板夹角为5°～20°，二者夹角可能不相同，激光功率为500～1200W，电弧电流为150～250A，激光电弧间距为2～6mm，焊接速度为0.3～1.0m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～30L/min。

其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～3mm，离焦量为﹣2～﹢2mm，组对间隙为1～2mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°～20°，二者夹角可能不相同，激光功率为3000～5000W，电弧电流为100～200A，激光电弧间距为3～5mm，焊接速度为0.5～1.5m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～30L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～2mm，离焦量为﹣1～﹢2mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°～20°，二者夹角可能不相同，激光功率为500～1000W，电弧电流为150～200A，激光电弧间距为2～5mm，焊接速度为0.3～0.8m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～30L/min。

其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～3mm，离焦量为﹣1～﹢1mm，组对间隙为1～2mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°～15°，二者夹角可能不相同，激光功率为4000～5000W，电弧电流为100～170A，激光电弧间距为4～5mm，焊接速度为0.5～1.2m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～30L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为1～2mm，离焦量为﹣1～﹢1mm，激光头、焊枪与竖板夹角为15°～20°，二者夹角可能不相同，激光功率为500～800W，电弧电流为150～190A，激光电弧间距为3～5mm，焊接速度为0.3～0.5m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为20～30L/min。

其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为3mm，离焦量为﹣1mm，组对间隙为1mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°，二者夹角可能不相同，激光功率为4500W，电弧电流为100～170A，激光电弧间距为4mm，焊接速度为1.0m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为25L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为2mm，离焦量为﹢1mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°，二者夹角可能不相同，激光功率为800W，电弧电流为150～190A，激光电弧间距为4mm，焊接速度为0.5m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为25L/min。

其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为3mm，离焦量为﹣1mm，组对间隙为1mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°，二者夹角可能不相同，激光功率为4500W，电弧电流为150～170A，激光电弧间距为4mm，焊接速度为1.0m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为25L/min；

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l为2mm，离焦量为﹢1mm，激光头、焊枪与竖板夹角为10°，二者夹角可能不相同，激光功率为800W，电弧电流为170～190A，激光电弧间距为4mm，焊接速度为0.5m/min，保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量为25L/min。

其它与具体实施方式一相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

通过以下实施例验证本发明的有效果：

分别采用常规MAG焊、激光-MAG复合焊、错位式激光-MAG复合焊焊接12mm厚S355耐候钢角接接头。具体实施方法如下：

实施例1

采用MAG焊接12mm厚S355耐候钢角接接头：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将MAG焊枪固定，需保证焊枪旋转角度的灵活调节。

步骤三:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:组对间隙1mm，焊枪与竖板夹角10°，电弧电流在180A左右，焊接速度在1.0m/min。保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图4为采用传统MAG焊进行12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时的焊缝正面成形以及横截面形貌，可以看出焊缝完全无法熔透，且正面填充较差，说明单纯的MAG焊不能适应这种较快的焊接速度。

图5为采用MAG焊进行12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时的熔滴过渡高速摄像拍摄图片，熔滴过渡不稳定，熔滴下落时受到竖板强烈的吸引作用，可以看到熔滴直接落在竖板上形成熔池。

实施例2

传统非错位式激光-MAG复合焊焊接12mm厚S355耐候钢角接接头：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节。

步骤三:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:离焦量在-1mm，组对间隙1mm，激光头、焊枪与竖板夹角10°，激光功率4500W，电弧电流在170A左右，激光电弧间距3mm，焊接速度在1.0m/min。保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图6为采用传统非错位式激光-MAG复合焊进行12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时的焊缝表面形貌以及背部缺陷形貌。我们可以发现接头没有形成连续的焊缝，两板连接处没有整体熔透，未形成可靠连接，竖板背部形成激光引导下的强制成形缺陷，不能满足工艺性能要求。

图7为采用传统非错位式激光-MAG复合焊进行12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时的熔滴过渡高速摄像拍摄图片，熔滴过渡不稳定，熔滴下落时仍受到竖板强烈的吸引作用，无法形成稳定的熔池，说明激光加入并没有明显改善其熔滴过渡行为。

实施例3

本方法焊接12mm厚S355耐候钢角接接头(三层三道焊)：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节。

步骤三:中厚板角接接头激光-电弧复合焊接过程中，采取激光在前，焊丝在后的复合焊接模式，为了保证焊丝在焊接过程中能够扎入到熔池中，保证焊接过程中熔滴过渡的稳定性，并且保证角接接头两板连接处的整体熔透性，激光束沿移动方向扫过的平面与焊丝沿移动方向扫过的平面两平面与竖直板所成角不能过大。错位要求焊丝尖端始终位于角接接头组对间隙处，而激光束作用于横板坡口处，两者平面之间存在一定的空间距离，两平面之间的空间距离L通过激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l来表征，并且异面之间的空间距离与接头的组对间隙、板厚的大小直接相关，组对间隙越大，板厚越大，L越大。

步骤四:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l即异面空间距离2mm，离焦量在-1mm，组对间隙1mm，激光头与竖板夹角10°，焊枪与竖板夹角15°，激光功率4500W，电弧电流在170A，激光电弧间距3mm，焊接速度在1.0m/min；保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

填充焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l即异面空间距离2mm，离焦量在+1mm，激光头、焊枪与竖板夹角10°，激光功率800W，电弧电流在200A，激光电弧间距4mm，焊接速度在0.5m/min；保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图8为采用本实施例方法进行12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时的焊缝表面形貌以及横截面形貌，可以看出当采用本方法进行焊接时，焊接过程稳定，焊缝表面成形平整美观、均匀一致，无明显的不良缺陷，实现单侧施焊双面成形的焊接工艺要求，背部焊缝均匀连续。

图9为采用本实施例方法进行12mm厚S355耐候钢角接接头焊接时的熔滴过渡高速摄像拍摄图片，可以看出激光在母材上形成了匙孔，电弧被明显地吸引到匙孔附近，熔滴呈现出明显的射滴过渡现象，激光的强引导作用使其克服了竖板对其的吸引作用，且随着激光功率的加大，在高速摄像下，匙孔变得更加明亮且匙孔面积增大。

以上实施例3为采用本发明所述的方法焊接12mm厚S355耐候钢角接接头的实验过程及相关结果，实施例1和2均为采用现有方法焊接12mm厚S355耐候钢角接接头的过程及相关结果。

通过上述实施例的比较分析可知，实施例3的方法焊接后，在焊缝形貌以及焊接效果方面均起到明显的效果。解决了中厚板角接头激光-MAG复合焊接过程出现的表面焊缝凹凸不平、平整度差，背部焊缝未熔透、成形不连续、咬边，热输入过大引起的整体下榻以及在装配精度不高条件下出现的背部竖板一侧强制堆焊成形，连接处未熔化形成整体焊缝的问题。而实施例1和2均没有解决上述问题。

分别采用常规激光-MAG复合焊、错位式激光-MAG复合焊焊接12mm厚S355耐候钢角接接头打底焊，增大其组对间隙，验证本方法在间隙适应性上的优势。具体实施方法如下：

实施例4

本方法焊接12mm厚S355耐候钢角接接头(三层三道焊)：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节。

步骤三:中厚板角接接头激光-电弧复合焊接过程中，采取激光在前，焊丝在后的复合焊接模式，为了保证焊丝在焊接过程中能够扎入到熔池中，保证焊接过程中熔滴过渡的稳定性，并且保证角接接头两板连接处的整体熔透性，激光束沿移动方向扫过的平面与焊丝沿移动方向扫过的平面两平面与竖直板所成角不能过大。错位要求焊丝尖端始终位于角接接头组对间隙处，而激光束作用于横板坡口处，两者平面之间存在一定的空间距离，两平面之间的空间距离L通过激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l来表征，并且异面之间的空间距离与接头的组对间隙、板厚的大小直接相关，组对间隙越大，板厚越大，L越大。

步骤四:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l即异面空间距离3mm，离焦量在-1mm，组对间隙2mm，激光头、焊枪与竖板夹角15°，激光功率4000W，电弧电流在150A，激光电弧间距2mm，焊接速度在0.8m/min；保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图10为采用本实施例方法进行12mm厚S355耐候钢角接接头打底焊时的焊缝正面形貌，可以看出当采用本方法进行焊接时，焊缝连续美观，无宏观缺陷。

实施例5

采用常规激光-MAG复合焊焊接12mm厚S355耐候钢角接接头。具体实施方法如下：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节。

步骤三:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:离焦量在-1mm，组对间隙2mm，激光头、焊枪与竖板夹角15°，激光功率4000W，电弧电流在150A，激光电弧间距2mm，焊接速度在0.8m/min；保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图11为采用本实施例方法进行12mm厚S355耐候钢角接接头打底焊时的焊缝正面形貌，可以看出当采用本方法进行焊接时，激光能量从间隙中穿过而大量损耗，由于激光引导作用较弱，电弧偏向竖板一侧，被强烈吸引，焊缝成形较差。

实施例6

本方法焊接12mm厚S355耐候钢角接接头(三层三道焊)：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节。

步骤三:中厚板角接接头激光-电弧复合焊接过程中，采取激光在前，焊丝在后的复合焊接模式，为了保证焊丝在焊接过程中能够扎入到熔池中，保证焊接过程中熔滴过渡的稳定性，并且保证角接接头两板连接处的整体熔透性，激光束沿移动方向扫过的平面与焊丝沿移动方向扫过的平面两平面与竖直板所成角不能过大。错位要求焊丝尖端始终位于角接接头组对间隙处，而激光束作用于横板坡口处，两者平面之间存在一定的空间距离，两平面之间的空间距离L通过激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l来表征，并且异面之间的空间距离与接头的组对间隙、板厚的大小直接相关，组对间隙越大，板厚越大，L越大。

步骤四:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:激光束与焊丝尖端沿垂直于焊缝方向上的相对位移l即异面空间距离4mm，离焦量在-1mm，组对间隙3mm，激光头与竖板夹角20°、焊枪与竖板夹角10°，激光功率4000W，电弧电流在170A，激光电弧间距2mm，焊接速度在0.8m/min；保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图12为采用本实施例方法进行12mm厚S355耐候钢角接接头打底焊时的焊缝正面形貌，可以看出即使组对间隙为3mm时，采用本方法进行焊接依旧可以得到连续、成形良好的焊缝。

实施例7

采用常规激光-MAG复合焊焊接12mm厚S355耐候钢角接接头。具体实施方法如下：

步骤一:将工件的待焊接部位(角接接头中的横板)根据需要加工成单Y型坡口，钝边厚度为6mm，坡口角度45°，并对加工后的单面坡口及两侧表面、竖板表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

步骤二:利用特制夹具将激光头与MAG焊枪固定，由于采用复合方式，需保证激光头与焊枪相对位置以及各自旋转角度的灵活调节。

步骤三:设定工艺参数，根据待加工材料的厚度以及实际工装情况进行调节：

打底焊:离焦量在-1mm，组对间隙3mm，激光头、焊枪与竖板夹角15°，激光功率4000W，电弧电流在170A，激光电弧间距2mm，焊接速度在0.8m/min；保护气采用Ar+5％CO₂混合气，流量在25L/min。

上述参数，一旦确定，焊接过程中均保持不变。

步骤五:启动激光器与MAG焊机，采用机器人集成系统控制复合装置，实施焊接。

图13为采用本实施例方法进行12mm厚S355耐候钢角接接头打底焊时的焊缝正面形貌，可以看出当采用本方法进行焊接时，由于间隙过大，激光能量从间隙中穿过而大量损耗，由于激光引导作用较弱，电弧偏向竖板一侧，被强烈吸引，坡口两侧并没有很好的熔合在一起，无法形成有效焊接接头。