[發明專利]焊接氣保護裝置、激光填絲焊接系統及焊接方法

有效

• 申請號: 202110238293.7
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112975122B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王善林;張元敏;信紀軍;陳玉華;謝吉林;方乃文;張體明;胡錦揚;黃永德
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B23K26/14
• 分類號: B23K26/14;B23K26/24;B23K26/70;B23K103/18
• 代理公司: 北京睿博行遠知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 陳陽

本發明公開一種焊接氣保護裝置、激光填絲焊接系統及焊接方法，涉及激光填絲焊技術領域，特別適用于異種材料窄間隙的焊接。焊接氣保護裝置包括上部保護氣拖罩裝置和背面保護氣裝置，激光填絲焊接系統包括焊接氣保護裝置、高度調節機構、送絲系統、激光系統、數控控制臺等。本發明的用于異種材料窄間隙的焊接氣保護裝置，結構設計合理，能夠在異種材料窄間隙焊接過程中對焊接區的上下區域進行氣體保護，解決激光窄間隙焊接氣體保護不充分和不穩定的問題，有利于調控焊縫冷卻速度，增強保護效果，提高了焊接效率，本發明的焊接氣保護裝置、激光填絲焊接系統及焊接方法能夠獲得滿足焊接力學性能和表面成形良好的焊接接頭，實用性強。

技術領域

本發明涉及激光填絲焊技術領域，特別是涉及一種用于異種材料窄間隙的焊接氣保護裝置、激光填絲焊接系統及焊接方法。

背景技術

中國聚變工程實驗堆(CFETR)中的磁體容器多使用SUS316系列奧氏體不銹鋼，磁體容器在磁場下需承受較大的電磁力作用，其外部結構材料的屈服強度需要滿足1000MPa級，以目前條件下，一般的奧氏體不銹鋼材料難以滿足該強度條件。而GH4169鎳基高溫合金具有強度高、抗蠕變性能好和抗疲勞性能優異等特點，可用作上述磁體容器磁體線圈外部構件的部分材料。基于此，可以將磁體容器受力較大的部位采用強度較高的GH4169高溫合金，其余部位均采用SUS316奧氏體不銹鋼制造，因此需要提供一種用于GH4169和SUS316異種材料焊接的裝置及方法。

異種材料焊接，由于兩者的物理性能、化學性能及化學成分等有顯著差異，異種材料焊接從焊接性和操作技術上都比同種材料難焊。若采用電弧焊等傳統焊接方法，易導致接頭變形，焊縫中易產生裂紋、氣孔和夾雜等缺陷，且接頭的強度較低。而激光焊具有能量密度高、熱輸入量小、焊接速度快、焊接變形小等特點，克服了傳統焊接方法存在的問題。與激光自熔焊接相比，激光填絲焊接大大降低了熱輸入量，節約焊接成本，且具有顯著的焊縫金屬成分調整和冶金的特點，為SUS316奧氏體不銹鋼和GH4169高溫合金異種材料的焊接提供了解決方法。

GH4169和SUS316異種材料激光填絲焊接，特別是窄間隙激光填絲焊接，結合了激光焊和窄間隙焊的雙重優勢。然而，現有的技術對異種材料的厚板窄間隙激光填絲焊接的氣體保護以及焊縫金屬有效冷卻成形的裝置不夠成熟。國內外現有的技術發明專利有：1)一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用的氣保護裝置(專利公開號為CN106392319A)，采用主保護氣流管和副保護氣流管解決厚板超窄間隙激光填絲焊接氣保焊裝置保護效果不穩定的問題；2)一種厚板窄間隙激光焊接方法(專利公開號為CN104874919A)，通過可移動的送粉管運送焊料，用水平方向帶有多個出氣孔的氣簾保護罩進行氣體保護；3)一種激光填絲焊送絲及全方位氣體保護復合機構(專利公開號為CN111014954A)，通過外罩體、內殼體的組合，對激光填絲焊接過程進行全方位的氣體保護。

通過對國內外現有的與窄間隙激光填絲焊接相關專利的研究，發現多數發明專利并沒有對焊接區上部進行充分的氣體保護，難以有效減小金屬蒸汽羽或者等離子云對激光的屏蔽；現有技術還缺少對接頭背面的有效氣體保護裝置。另外，對于厚板窄間隙激光填絲焊接，由于坡口深且窄，保護氣體難以進入坡口底部，目前采用的保護氣嘴，對于20mm左右的可以保護到底部，但是焊件再厚一些，底部幾層焊縫便會因為氣體保護不充分而出現氧化、氣孔等焊接缺陷，許多現有技術均未考慮到此方面的不足。同時，還有一些現有技術未考慮到對焊接接頭的冷卻保護，將影響焊縫的成形。

針對上述現有技術存在的缺陷，本發明迫切提出一種有效的、可滿足異種材料窄間隙激光填絲焊接的焊接接頭氣保護方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于異種材料窄間隙的焊接氣保護裝置、激光填絲焊接系統及焊接方法，以解決現有奧氏體不銹鋼和高溫合金異種材料窄間隙激光填絲焊接氣體保護不穩定且不充分，焊縫冷卻效果差，難以形成良好焊接接頭的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：