[發明專利]一種厚板超高功率激光-深熔TIG復合焊接方法

有效

• 申請號: 202011434506.5
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN113941778B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 黃瑞生;方迪生;滕彬;蔣寶;韓鵬博;聶鑫;鄒吉鵬;曹浩;方乃文;李小宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱焊接研究院有限公司
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

一種厚板超高功率激光?深熔TIG復合焊接方法，屬于厚板超高功率激光焊接技術領域。本發明解決現有厚板超高功率激光焊接過程中，焊接飛濺、塌陷嚴重所導致的焊縫表面成形控制難度大，以及對厚板超高功率激光?傳統TIG復合焊接過程穩定性差的問題。本發明將超高功率激光入射至深熔TIG電弧“匙孔”中，利用深熔TIG電弧挺度高和穿透力強，強制擴大超高功率激光“匙孔”開口面積的同時約束了激光“匙孔”開口處金屬液柱飛出熔池表面，到達抑制厚板超高功率激光焊接飛濺，改善焊縫上表面成形和提高焊接過程穩定性的目的。

技術領域

本發明涉及一種厚板超高功率激光-深熔TIG復合焊接方法，屬于厚板超高功率激光焊接技術領域。

背景技術

厚板焊接技術是航空航天、海洋工程、石油化工、船舶橋梁等眾多國民經濟領域大尺寸結構件的最關鍵制造技術之一，它很大程度影響了最終產品的制造效率和質量。目前，廣泛應用的中厚板焊接技術主要有大角度坡口多層多道電弧焊和小角度坡口窄間隙埋弧焊，但隨著更大尺寸結構和更高強度材料的逐漸應用，其生產效率和接頭質量已經很難滿足現代焊接技術要求。

激光焊接技術是一種高能量密度的焊接方法，具有熱影響區窄、焊接變形小、熱輸入量小、可焊接材料廣等優點。而且激光焊接時，激光功率越高，熔池中產生的激光“匙孔”越深，因此能夠顯著增加單道焊縫熔深，非常適合厚板高效和高質量焊接。但是采用超高激光器和激光功率(功率≥10KW)進行厚板激光焊接時，與千瓦級激光器和激光功率(功率≤10KW)相比，激光能量密度由10⁶～10⁷W/cm²變為10⁷～10⁸W/cm²，造成材料劇烈蒸發，產生了與千瓦級激光焊接不同的新問題。例如體積極大的激光等離子、嚴重的焊接飛濺等。

另外，激光-傳統TIG電弧復合焊接技術解決了激光焊接時能量利用率低、對裝配間隙要求高的問題，且增加了焊接熔深，降低了能耗，改善了接頭質量，在汽車、航空航天等工程領域得到實際應用，但是其中傳統TIG電弧焊接熔深小，所以該工藝主要針對中薄板焊接。當增加激光功率至超高功率進行厚板激光-傳統TIG復合焊接時，超高功率激光產生的焊接飛濺和光致等離子體導致TIG鎢極極易燒損，且對TIG電弧產生嚴重干擾，導致過程穩定性差。

現有技術公開了采用壓縮氣體輸送經過預熱處理的金屬顆粒，到激光焊接熔池后沿。由于壓縮氣體的噴射，抵制了金屬蒸汽對焊接熔池后沿的剪切力，同時增強了熔池流動性，抑制了飛濺。另外，填充的金屬顆粒彌補了飛濺金屬，克服了焊縫塌陷缺陷。然而，該方法要求預熱和壓縮氣體，噴射金屬顆粒，因此裝置復雜，操作難度較大。

現有技術公開了在焊縫坡口底部增設熔融金屬噴槍，采用超高功率激光焊接時，使用噴槍將熔融金屬噴射到底部坡口，很好的解決了焊縫下表面塌陷等重大缺陷問題，但無法控制焊縫上表面飛濺。現有名稱為“一種雙通道保護氣嘴及適用于超高功率激光焊接的保護氣吹送裝置”，解決了超高功率激光焊接過程中存在保護氣流量小，對光致等離子體無明顯抑制作用，而提高氣流量影響焊接穩定性，影響焊接質量的問題。雖然該方法抑制了激光等離子體，增加了激光吸收率和焊接過程穩定性，但仍然無法消除焊接飛濺。

發明內容

本發明為了解決厚板超高功率激光焊接過程中，焊接飛濺、焊接塌陷嚴重所導致的焊縫表面成形控制難度大，以及對厚板超高功率激光-傳統TIG復合焊接過程穩定性差的問題，提出一種厚板超高功率激光-深熔TIG復合焊接方法。

一種厚板超高功率激光-深熔TIG復合焊接方法，其中深熔TIG是指一種基于傳統TIG電弧，通過水冷鎢極產生陰極收縮效應，并配合較大電流的新型電弧“匙孔”焊接方法，該復合焊接方法包括以下步驟：

S1，將待焊厚板坡口和待焊表面進行打磨或清洗，然后將待焊厚板工件對接并固定；