[發明專利]萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法

在審

• 申請號: 201810203085.1
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108526690A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 方超;信紀軍;衛靖
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B23K26/211
• 分類號: B23K26/211;B23K26/14
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 宋萍

本發明涉及萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，設計窄間隙坡口結構，預置填充材料于窄間隙坡口中，預置后用激光對填充材料進行點焊固定。通過激光束直接作用于填充材料，利用萬瓦級激光的強穿透能力一次將其熔化，并實現熔融金屬與窄間隙側壁熔合后形成焊縫。完成該層焊接后，在此基礎上再預置填充材料進行下一層的焊接。以此類推，通過分層預置填充材料累積焊接的方式直至最終完成焊接。采用本發明的焊接方法，可克服當前窄間隙激光填絲焊接時窄間隙側壁對熔絲過程的干擾、焊絲對匙孔和熔池穩定性的影響等問題，大大提升厚板窄間隙激光焊接的單層填充高度和焊接效率，激光器的功率越大。

技術領域

本發明涉及萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，屬于激光材料加工技術領域。

背景技術

厚板焊接作為厚壁構件的共性關鍵制造工藝，對于我國在船舶制造、海洋工程、核電、航空航天等國家重大工程領域具有重要的戰略意義。目前，工程中已成熟應用的厚板焊接方法主要包括：傳統多層多道弧焊、電子束焊、窄間隙弧焊等。多層多道弧焊存在填充量大、熱輸入高、焊接變形嚴重和焊接效率低等問題；電子束焊穿透能力強、焊縫深寬比大、變形小、效率高，但對真空環境的需求導致其難以適應工程中大型復雜件的焊接。同多層多道弧焊相比，窄間隙弧焊具有填充量及熱輸入減小、焊接效率顯著提高等優點，已廣泛應用于厚壁構件的制造，但由于其弧焊本質帶來的焊接變形與焊接效率已較難滿足在高服役條件下的焊接質量要求與市場競爭帶來的制造成本要求。

激光焊接具有能量密度高、熱輸入量小、接頭質量好、焊接效率高等特性，在厚板焊接領域有著顯著優勢，但厚板激光焊接技術仍存在一些問題有待解決，如激光自熔焊對激光功率的依賴性極高，比較適合中等厚度以下的板材焊接。窄間隙激光焊采用分層填絲焊接的方式可實現千瓦級激光器對厚板的焊接，但存在窄間隙側壁對熔絲過程的干擾、焊絲對匙孔和熔池穩定性的影響等問題，使得激光填絲焊在萬瓦級激光器日漸普及的形勢下，單層填充高度仍不能得到較大的提升。針對此問題，本發明提出萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，采用預置板條替代同步送絲作為填充材料的填入方式克服送絲過程帶來的問題，結合萬瓦級激光器的焊接能力，以達到大幅提升厚板窄間隙激光焊單層填充高度的效果，對高效率厚板焊接技術的發展具有至關重要的意義。

發明內容 本發明的目的是提出萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，以實現大幅提升厚板窄間隙激光焊單層填充高度和焊接效率的效果。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：

將兩塊厚板對接，設計厚板窄間隙坡口結構，完成鈍邊層焊縫焊接后預置填充材料于窄間隙坡口中，預置后用激光對填充材料進行點焊固定。通過激光束直接作用于填充材料，利用萬瓦級激光的強穿透能力一次將其熔化，并實現熔融金屬與窄間隙側壁熔合后形成焊縫。完成該層焊接后，在此基礎上再預置填充材料進行下一層的焊接。以此類推，通過分層預置填充材料累積焊接的方式直至最終完成焊接。

所述的萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：厚板窄間隙坡口為帶鈍邊的U型或V型。

所述的萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：激光器為10kW及以上超高功率工業激光器。

所述的萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：所述填充材料的形式為板條狀填充物。

所述的萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：板條狀填充物的高度根據激光器對填充材料的熔透能力來設計。

所述的萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：板條狀填充物和坡口兩側壁之間的縫隙控制在0-0.5mm。

所述的萬瓦級激光預填料窄間隙焊接新方法，其特征在于：最后一層焊接時，板條狀填充物的高度需高出工件表面0.5-5mm，以實現良好的焊縫表面成形。

本發明的優點：