[發(fā)明專利]一種全位置熔化極電弧-激光雙面復(fù)合焊接工藝及其設(shè)備

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010683201.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111872563A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張本順;廖良闖;李萌萌;孫宏偉;馬韜;何家健;沈言;楊哲;花磊;劉超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所;江蘇杰瑞科技集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B23K26/348
• 分類號(hào): B23K26/348;B23K26/60;B23K26/70;B23K26/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種全位置熔化極電弧?激光雙面復(fù)合焊接工藝及其設(shè)備，焊接設(shè)備由熔化極弧焊電源、送絲系統(tǒng)、光纖激光器系統(tǒng)、全位置焊接小車、導(dǎo)軌、焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成，利用熔化極電弧和光纖激光在工件兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱雙面焊接。本發(fā)明利用電弧加熱作用可提高金屬對(duì)激光的吸收率、增加金屬激光焊過(guò)程中匙孔穩(wěn)定性和激光的能量利用率；利用激光和電弧對(duì)稱加熱時(shí)形成的熱集聚區(qū)效應(yīng)，使熱量不易散失，可以大幅度地提高激光和電弧焊的熔深，實(shí)現(xiàn)中厚壁管道的高效、優(yōu)質(zhì)連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種全位置熔化極電弧-激光雙面復(fù)合焊接工藝及其設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)能源工業(yè)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，管道工程建設(shè)也迅猛發(fā)展，隨之帶來(lái)的管道工程建設(shè)質(zhì)量問(wèn)題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。管道全位置焊是管道現(xiàn)場(chǎng)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到工程的質(zhì)量、施工效率和成本。目前我國(guó)的手工電弧焊、藥芯焊絲半自動(dòng)電弧焊和熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊(GMAW)已經(jīng)成熟應(yīng)用，尤其是GMAW在管道建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，但缺點(diǎn)是完成一個(gè)接頭需要多個(gè)焊槍和多層焊道。

激光焊接與傳統(tǒng)電弧焊工藝相比的主要優(yōu)勢(shì)是激光深熔焊接模式可以獲得大深寬比的焊縫，一次熔深大，所需焊道數(shù)量較少，從而大大減少焊接變形。所以，用激光焊替代目前管道焊接中使用的傳統(tǒng)焊接方法(主要是手工電弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊)，使得不開(kāi)坡口進(jìn)行單道焊接或大大減少焊接層數(shù)成為可能，進(jìn)而在焊接速度和焊接生產(chǎn)效率上有較大的提高，更重要的是能夠減小焊接變形。同時(shí)由于焊接熱源能量密度集中，線能量小，HAZ很窄，使得焊接接頭的力學(xué)性能優(yōu)異。但是，由于激光焊工藝復(fù)雜、設(shè)備造價(jià)高昂、對(duì)工件裝配精度要求高等缺陷，難以大范圍的推廣應(yīng)用。

激光-電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)由英國(guó)學(xué)者W.Steen于20世紀(jì)70年代末期首次提出，其主要思想就是有效利用激光能量，實(shí)現(xiàn)在較小的激光功率條件下獲得較大的焊接熔深，同時(shí)提高激光焊接對(duì)焊縫間隙的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的焊接過(guò)程。目前，激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)已成功用于造船、汽車、儲(chǔ)存容器制造和管線焊接領(lǐng)域，其優(yōu)點(diǎn)是能夠提高焊接速度、增加可焊材料的截面厚度、減少設(shè)備和焊接變形，同時(shí)，還可以改善臨界疲勞工況下的焊接外形。但是，激光-電弧復(fù)合焊也存在一些問(wèn)題：1)激光束要穿過(guò)弧柱才能達(dá)到工件表面，當(dāng)電弧電流較大時(shí)激光能量的損耗嚴(yán)重；2)電極直接暴露于激光等離子體中，易受污染、燒損嚴(yán)重；3)旁軸復(fù)合時(shí)，電弧與激光束成一定角度，引起復(fù)合熱源在工件上的作用區(qū)域?yàn)榉菍?duì)稱分布，當(dāng)電流增大到一定程度后，激光與電弧的作用點(diǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重分離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種全位置熔化極電弧-激光雙面復(fù)合焊接工藝及其設(shè)備，提高管道焊接效率、減少焊接變形、改善焊接質(zhì)量、降低焊接成本。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種全位置熔化極電弧-激光雙面復(fù)合焊接設(shè)備，包括熔化極弧焊電源、送絲系統(tǒng)、熔化極焊槍、焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、光纖激光器系統(tǒng)、激光頭、激光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第一全位置焊接小車、第二全位置焊接小車、第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌、焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；

所述光纖激光器系統(tǒng)通過(guò)光纖與激光頭連接；所述熔化極弧焊電源通過(guò)送絲系統(tǒng)與熔化極焊槍連接，所述熔化極焊槍、激光頭分別與焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、激光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，所述焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)置在激光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，所述焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、激光調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在第一全位置焊接小車和第二全位置焊接小車上，第一全位置焊接小車和第二全位置焊接小車分別位于第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌上移動(dòng)；

利用熔化極電弧和光纖激光在工件兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱雙面焊接，激光頭在工件背面進(jìn)行激光深熔焊，熔化極焊槍在工件正面進(jìn)行打底、填充和覆蓋工件的坡口，在第一全位置自動(dòng)焊接小車和第二全位置焊接小車驅(qū)動(dòng)下完成工件的全位置焊接。

進(jìn)一步的，所述熔化極焊槍數(shù)量為1個(gè)，激光頭發(fā)出的激光束和熔化極焊槍在一條軸線上，分布在工件兩側(cè)；軸線與工件的夾角為80°-100°，填充焊絲伸出長(zhǎng)度為15-30mm。