[發明專利]一種窄間隙激光填絲焊接設備及其方法

在審

• 申請號: 202110306217.5
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112935549A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 張軍;方榮超;樊宇;丁賀;安澤;范鵬;楊超;謝春雷;李永超;王俊陽;張李祥;胡珍巧
• 申請（專利權）人: 徐州徐工挖掘機械有限公司;中國礦業大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/12;B23K26/16;B23K26/70
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 郝偉揚

本發明公開了一種窄間隙激光填絲焊接設備，包括激光頭、固定在激光頭上的保護氣管、送絲機構、清渣刷及氣刀管。本發明在常規的窄間隙激光填絲焊接過程中，通過清渣刷與氣刀管作用于焊道，其中清渣刷直接作用于焊道及側壁，促使附著在焊道及側壁的焊渣剝落；此外，由于剝落的焊渣并不能脫離焊道，采用高壓的氣流或混合溶液將焊渣吹離焊道，借助氣動壓力系統，按激光焊接板材的規律和特點，將高壓氣體或混合溶液，通過固定在激光器的可控管道系統輸送液體、氣體到達焊道處，可以避免多層焊接時層間未熔合的問題，解決了窄間隙激光填絲焊后難以清渣，再次焊接時易產生層間未熔合、氣孔、側壁未熔合等缺陷，從而改善層間、側壁的焊接質量。

技術領域

本發明涉及一種焊接設備及其方法，尤其是一種窄間隙激光填絲焊接設備及其方法。

背景技術

在金屬材料的焊接領域，特別是礦山機械、航空航天、核電、船舶、汽車制造等設備制造，存在大型中厚壁構件的焊接。

目前，對于中厚板材的焊接主要有手工焊、埋弧焊和氣體保護焊等方式，但常常會在焊縫區和熱影響區產生晶粒粗大的情況。窄間隙激光填絲焊接技術和傳統弧焊相比較，具有熱影響區小，焊接變形較小，焊接效率高，甚至可以進一步的細化晶粒，達到提高接頭力學性能的作用等特點，尤其在大厚板焊接中的優勢更加明顯。然而，對于中厚板材進行焊接時，由于窄間隙激光填絲焊坡口較窄，焊接要求較為苛刻，焊接后附著在焊道及側壁的焊渣嚴重影響再次焊接時的焊接質量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷，提供一種窄間隙激光填絲焊接設備及其方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供窄間隙激光填絲焊接設備，包括激光頭、固定在激光頭上的保護氣管、送絲機構、清渣刷及氣刀管。

作為改進，保護氣管設有角度調節器；保護氣管輸送Ar、CO₂和He的一種氣體或多種混合氣；在焊接過程中，電壓和送絲速度等一定的條件下，當保護氣體成分發生變化時，即隨著氦含量的增加，側壁融合深度增加，焊接后的工件形貌光滑，焊接質量很好。25%He+75%CO₂ （所占體積比例）熔深和熔寬深度最大，焊接效果最好。

作為改進，清渣刷采用硬質合金，通過電機驅動旋轉進行清渣；清渣刷與氣刀管方向與焊接方向相反，有效的避免吹離的焊渣破壞焊接熔池。

作為改進，送絲機構設有調節器；送絲機構與焊接方向的夾角呈銳角，采用前置送絲方式進行窄間隙激光填絲焊接。在窄間隙激光填絲焊的過程中。激光方向、填絲方向和保護氣體通入的方向組成了不同的搭配。前置送絲和后置送絲為激光填絲焊接的兩種基本的送絲方式，前送絲是將焊絲熔池的前方并與焊接方向呈銳角送入熔池；后送絲是將焊絲從熔池的后方并與焊接方向呈鈍角送入熔池；側向送絲是將焊絲從熔池的兩側或焊接方向的兩側送入熔池。送絲方法左右了焊絲的加熱原理，對焊絲的熔化和填充過程有決定性的作用。后置送絲焊接時，能量不能實現焊絲的熔化的快速和充分，所以焊絲與基體反應不充分，導致焊接過程不穩定，焊縫成形不理想；而前置送絲焊接時，焊絲在遠離激光束時主要依靠金屬蒸氣和光致等離子體的能量以及熔池的能量作用發生熔化，當靠近激光束時焊絲受到部分激光的直接照射而被進一步加熱熔化，熔化充分，焊絲的熔入過程連續穩定，且焊絲先熔入到前方熔池中并隨熔液流向后方，焊絲能均勻熔入到焊縫中。

作為改進，激光頭發出的激光束和送絲機構的焊絲呈 α角，其角度值在20～80°之間。由于坡口尺寸較小，焊絲需要伸進坡口底端才能進行焊接，且這對于深槽來說，由于送絲嘴的直徑大于坡口上表面寬度，只能將焊絲伸進深槽中，需要將焊絲伸長約40mm，這對焊絲的矯正有極高的要求，如果焊絲在焊接過程中出現擺動，將會導致激光束照射不到焊絲上，出現未熔合缺陷，將直接影響到焊接效果。在焊接前，送絲機構在送絲焊縫方向上通過調節器進行任意調節，且α角是在一定范圍內進行調節，可選取最優角度進行送絲，保證焊接質量。