[發明專利]大厚板窄間隙振動激光-電弧復合焊接方法及其焊接裝置

在審

• 申請號: 201810577074.X
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108788471A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 楊曉益;陳輝;朱宗濤;蔡創;黃霜;殷彥杰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

本發明公開了一種大厚板窄間隙振動激光?電弧復合焊接方法及其焊接裝置，所述復合焊接方法包括在保護氣體保護下，將激光焊接設備產生的激光束和電弧焊接設備產生的電弧共同作用于一個焊接熔池進行焊接，所述激光焊接設備產生的激光束為振動激光束，所述電弧焊接設備的焊槍為窄間隙電弧焊槍；在激光?電弧復合焊接過程中，振動激光束和電弧在大厚板窄間隙坡口內部復合，利用激光對電弧的吸引作用，通過振動激光束引導電弧在窄間隙坡口內部擺動，使得振動激光束和電弧兩個熱源同時作用于一個焊接熔池進行焊接。該方法采用振動激光束與電弧耦合的方式，實現大厚板窄間隙坡口中的振動激光?電弧復合焊接。

技術領域

本發明涉及一種大厚板窄間隙振動激光-電弧復合焊接方法及其焊接裝置，屬于激光加工、焊接技術領域。

背景技術

大厚板常用于艦船、核電、壓力容器等大型厚壁結構的焊接制造中，如板厚為60mm的不銹鋼ITER巨型真空室大厚板結構、厚度大于70mm的鋁合金軍用相控陣雷達基板、核電領域壁厚大于30mm的316LN不銹鋼主回路管道以及壁厚大于15mm的石油及天然氣運輸管道等。目前，使用較為廣泛的焊接方法為氣電立焊、埋弧焊等，但這些方法存在熱輸入過大、焊縫晶粒粗大、焊接位置適用性差等不足。

窄間隙電弧焊是一種高效的焊接技術，其坡口間隙一般小于母材板厚(根據日本壓力容器委員會對窄間隙焊的定義：當板厚小于200mm時，坡口間隙應不大于20mm；板厚超過200mm時，坡口間隙不大于30mm)，一般采用小間隙的U型或者I型坡口，相比傳統焊接方法其在焊接厚板時具有焊接效率高、焊接熱輸入小、節省焊材等優勢。但是電弧在窄間隙坡口中的穩定性以及焊縫的側壁未熔合是窄間隙電弧焊需要克服的難題，一般采用旋轉電弧、擺動電弧以及雙絲焊的方式解決，這些方法對電弧焊接系統的機械設計及控制提出了較高的要求。

激光-電弧復合焊通過將高能激光束加入電弧焊接中，使兩種熱源充分發揮各自的特點，獲得優于單一的激光焊和電弧焊的焊接效果，如橋接能力強、殘余應力與變形小、焊接接頭質量高等。另外在常規激光-電弧復合焊中，激光束與電弧的相對位置保持不變，利用激光對電弧的吸引和壓縮作用，以獲得更加穩定的焊接過程。已有研究采用窄間隙激光-電弧復合焊完成厚板接頭的多層多道焊接，但是窄間隙坡口的側壁熔合以及焊接接頭的質量仍需進一步提高，特別是針對鋁合金這種容易出現氣孔、裂紋等焊接缺陷的材料。因此，亟需提出一種新的大厚板窄間隙激光-電弧復合焊接方法，解決窄間隙激光-電弧復合焊在大厚板焊接中出現的上述問題。

發明內容

本發明的發明目的是克服現有窄間隙激光-電弧復合焊的缺點，采用振動激光束與電弧耦合的方式，實現大厚板窄間隙坡口中的振動激光-電弧復合焊接。通過激光的振動改變復合焊接過程中激光與電弧的相對位置，并引導電弧在窄間隙坡口內擺動，以解決焊縫的側壁熔合問題，并改善接頭的焊接質量。

本發明實現其發明目的首先提供了一種大厚板窄間隙振動激光-電弧復合焊接方法，包括在保護氣體保護下，將激光焊接設備產生的激光束和電弧焊接設備產生的電弧共同作用于一個焊接熔池進行焊接，所述激光焊接設備包括激光器、激光頭和連接激光器與激光頭的光纖；所述電弧焊接設備包括電弧焊機、送絲機構、保護氣瓶、電弧焊槍；其特點是：所述激光焊接設備產生的激光束為振動激光束，所述電弧焊接設備的焊槍為窄間隙電弧焊槍；在激光-電弧復合焊接過程中，振動激光束和電弧在大厚板窄間隙坡口內部復合，利用激光對電弧的吸引作用，通過振動激光束引導電弧在大厚板窄間隙坡口內部擺動，使得振動激光束和電弧兩個熱源同時作用于一個焊接熔池進行焊接。

所述振動激光束可以為線性振動激光束，其具體振動方式是：以焊縫為對稱中心，激光按設定的頻率沿垂直于焊接的方向進行線性振動。此種振動方式適用于對側壁熔合有要求的材料及接頭。

所述振動激光束也可以為圓形振動激光束，其具體振動方式是：激光按設定的頻率沿以焊縫為對稱中心的圓形軌跡進行振動。此種振動方式適用于對側壁熔合有要求，且易于產生氣孔、裂紋等焊接缺陷的材料及接頭。