[發明專利]一種厚板超窄間隙激光填絲焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 201711085232.1
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107813049B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 王春明;張熊;米高陽;蔣平;邵新宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K26/064;B23K26/067
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王海燕

本發明公開了一種厚板超窄間隙激光填絲焊接方法，將主光束分為清洗光束、深熔光束和填絲光束，將激光清洗技術應用于厚板超窄間隙坡口的清洗，并與激光深熔填絲焊接技術復合，解決了現有方法難以有效清理深窄坡口的問題，將激光深熔焊與激光填絲焊有效結合，具有大熔深，較好的橋接能力和可擴展厚度等優點，提高焊接穩定性，且激光清洗與激光焊接同步進行，能夠大大提高焊接效率，保證接頭質量。本發明還提供一種實現上述方法的焊接裝置，實現激光清洗與激光焊接同步進行，提高焊接效率。

技術領域

本發明涉及厚板窄間隙焊接技術領域，特別是涉及一種厚板超窄間隙激光填絲焊接裝置及方法。

背景技術

厚板焊接是船舶海洋、軌道交通、壓力容器及橋梁建設等大型設備制造過程中的關鍵技術。厚板超窄間隙焊接方法的提出有效減少了坡口填充面積和焊接層道數，大幅降低了焊接熱輸入量、焊接變形及殘余應力，提高了焊接效率及接頭質量。但由于電弧焊的熔深有限，仍然需要多層焊接實現厚板連接成形。激光焊接具有能量密度高、熔深大、焊接速度快等優勢，但單純的激光自熔焊接具有橋接能力差、焊接厚度受激光功率限制、不能調控焊縫成分等缺點。

二者的結合，即超窄間隙激光焊接技術，具有可焊厚度大，效率高和橋接能力強等優點。現有的厚板超窄間隙激光焊接方法一般包括超窄間隙激光電弧焊與超窄間隙激光填絲焊，這兩種焊接方法各有優缺點：超窄間隙激光電弧焊中，焊絲與側壁距離很小，電弧易被側壁吸引，導致焊接過程穩定性控制困難；而激光填絲焊中，由于激光需要熔化母材和焊絲，導致其熔深很淺，在焊接厚板時往往需要較慢的速度和較多的層數，焊接效率低。除此之外，超窄間隙窄而深的坡口難以使用傳統方法進行清理，容易導致氣孔、未熔合等缺陷的產生，嚴重影響接頭的質量。

公開號為CN104551403A的中國專利，通過激光自熔焊打底熔化鈍邊，再進行激光填絲焊填充坡口的方法實現厚板的超窄間隙激光填絲焊接，但是效率較低，且激光自熔焊縫的成分無法調控，接頭質量難以控制。公開號為CN102059452A的中國專利，本質上還是單純的激光填絲焊接，三個光束按特定形式排列，但均用于熔化焊絲，無法克服激光填絲焊接熔深淺，效率低的問題。

因此，如何改變現有技術中，激光填絲焊接熔深淺、效率低，且超窄間隙約束條件下坡口清理困難的現狀，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種厚板超窄間隙激光填絲焊接裝置及方法，以解決上述現有技術存在的問題，使厚板超窄間隙激光填絲焊接的焊接效率得到提高，同時有效清理深窄坡口，保證接頭質量。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種厚板超窄間隙激光填絲焊接方法，包括以下步驟：

步驟一、用激光器發出主光，并將主光分成三束；

步驟二、采用第一分光片將主光束分為一束反射光和一束透射光，反射光經第一振鏡掃描后，再經第一聚焦鏡片形成清洗光束，清洗光束在待焊件坡口兩側來回掃描，用于超窄間隙坡口的激光清洗；

步驟三、主光束經第二聚焦鏡片形成深熔光束，深熔光束用于熔化大厚度鈍邊；

步驟四、主光束通過第二分光片分為一束反射光和一束透射光，反射光經第二振鏡掃描后再經第三聚焦鏡片形成填絲光束，填絲光束在待焊件坡口兩側來回掃描，用于熔化焊絲并填充坡口。

優選地，步驟三中的深熔光束的焦點位于坡口的中心線上。

優選地，兩待焊件之間的坡口為深U形，坡口間隙不超過5mm。

優選地，步驟二中形成的清洗光束的掃描路線為連續的Z字形。

優選地，步驟四中形成的填絲光束的掃描路線為連續的Z字形。