[發明專利]一種窄間隙掃描振鏡激光-熱絲復合焊接方法及裝置

在審

• 申請號: 201811402324.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109158760A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 陳波;張峣;陳志偉;檀財旺;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

本發明涉及一種窄間隙掃描振鏡激光?熱絲復合焊接方法及裝置，其解決了現有焊接方法存在熔敷率低，熱輸入大，焊接變形大的技術問題，其包含以下步驟：(1)在待焊工件之間開出帶厚鈍邊的深U型坡口；(2)將待焊工件清洗；(3)調整激光器和焊槍的角度，將激光束與電弧在焊縫處共同作用形成熔池，在不填絲的情況下完成打底焊；(4)將激光束通過掃描振鏡傳輸到待焊工件的焊縫中，熱絲電源將焊絲進行預熱并由送絲機構將焊絲送至激光束和電弧的作用點，使焊絲熔化熔覆于焊縫中；(5)將激光束與焊槍復位，調整送絲機構與激光束的角度，完成工件的多層多道焊接。本發明可廣泛應用于復合焊接技術領域。

技術領域

本發明涉及復合焊接技術領域，具體地說是一種窄間隙掃描振鏡激光-熱絲復合焊接方法及裝置。

背景技術

隨著現代工業設備的日趨大型化，厚板、超厚板結構的應用越來越廣泛。在大厚板金屬結構產品的制造中，過去普遍采用大坡口多層多道 MAG/MIG焊或埋弧焊。隨著焊接結構厚度的不斷增加，消耗的焊材在增多，焊接接頭存在較大的變形。對于厚板焊接，最大的問題就是接頭力學性能、焊縫質量和焊接效率之間的矛盾。1963年，美國Battelle研究所提出了一種窄間隙焊接技術，這種技術最大的特點是厚板焊縫截面積大大減少，從而降低了焊接工程量和生產成本，即使在較小的焊接規范下，也可以保證較高的生產率。但是窄間隙焊接對坡口的加工和裝配精度要求很高，焊絲對中要求高，一定程度上導致了成本增加。

與傳統的電弧焊相比，激光焊接技術的能量高度集中，熱影響區小，于是產生了窄間隙激光焊接技術。但是激光束直徑較小，同樣存在著根部難以熔透、側壁不易熔合的問題。而隨著激光器制造技術的進步以及掃描振鏡技術的興起，使得激光束能夠到達指定位置的速度、便捷性有了大大的提高，因此便產生了激光掃描焊接技術。激光束的擺動與掃瞄能夠均勻地對側壁進行加熱，減少熱輸入的不均勻性，增強了對熔池的攪拌作用，細化晶粒并提高接頭性能。但是由于激光焊接熔池過窄，凝固速度過快，在較高焊速下難以抑制氣孔的存在，容易產生缺陷。

振鏡掃描式激光焊接機也被稱之為遠距離焊接機(Remote Welding)，它采用的是振鏡掃描鏡組來對工件進行動態焊接的一項技術。振鏡鏡片在掃描鏡頭內將激光光束快速在焊點之間切換，焊點之間的距離越大，工件上的焊點數量越多，優勢越明顯。在大多數工業激光焊接應用中，平均焊接時間相對于裝載和配置整個系統的時間是很小的，大部分焊接時間只占到一個處理周期的20％～50％之間。而采用這種激光焊接技術大大減少了非生產性時間，焊接時間可以增加到90％多。采用高速掃描振鏡，高品質工業控制計算機，配合專業圖形加工軟件，不需移動工件，快速、精確焊接掃描范圍內的任意點，比傳統焊接速度可以提高5倍以上。因此，振鏡掃描式激光焊接技術可以提供更快的焊接速度、更高的焊接質量以及更好的經濟性。但是因為激光焊接熔池過窄，凝固速度太快，其焊縫氣孔的傾向仍然很大，無法滿足厚板不銹鋼、鋁合金、鈦合金等結構的焊接需要。

專利文獻CN103056533A公開了一種振蕩掃描激光束-電弧復合焊接方法及系統，該方法能夠通過振蕩掃描激光束-電弧的相互作用促進溶滴過渡，從而提高工藝穩定性，而且在焊縫缺陷，尤其是氣孔和裂紋的抑制能力上優于已有的激光-電弧復合焊接和激光掃描焊接技術；另一方面，振蕩掃描激光束對熔池的振蕩攪拌效應能夠增加熔池內的形核核心，促進熔池非自發形核，改變柱狀晶擇優生長方向，從而細化焊縫晶粒。該方法存在的問題是，在厚板的多層多道焊接時，熔敷率較低，熱輸入較大，焊接變形較大。

發明內容

本發明就是為了解決現有焊接方法存在熔敷率較低，熱輸入較大，焊接變形較大的技術問題，提供了一種高接頭性能、高熔敷率、高焊接效率、細化晶粒和增強對熔池的攪拌作用的窄間隙掃描振鏡激光-熱絲復合焊接方法及裝置。

一種窄間隙掃描振鏡激光-熱絲復合焊接方法，具體包含以下步驟：