[發(fā)明專利]一種厚板窄間隙雙光束激光填絲高效焊接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110369476.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113182688B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷振;曹浩;蔣寶;孫謙;黃瑞生;徐楷昕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱焊接研究院有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/24
• 分類號(hào): B23K26/24;B23K26/14;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

本發(fā)明公開(kāi)了一種厚板窄間隙雙光束激光填絲高效焊接方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決現(xiàn)有厚板窄間隙激光填絲焊接過(guò)程中存在的大厚度鈍邊激光打底焊液柱及飛濺問(wèn)題和焊縫中心焊接結(jié)晶裂紋問(wèn)題。本發(fā)明在大厚度鈍邊熔透的激光打底焊接過(guò)程中，采用前束激光作為輔助熱源，用于改變?nèi)鄢匦螒B(tài)以抑制后束高功率激光深熔焊接的熔池液柱及焊接飛濺，后束激光作為焊接主熱源，用于實(shí)現(xiàn)大厚度鈍邊的穿透焊接。在窄間隙坡口多道填充焊接過(guò)程中，采用前束激光作為熔化焊絲的主熱源，實(shí)現(xiàn)窄間隙坡口的焊接填充；后束激光作為熱補(bǔ)償輔助熱源，控制大送絲量填充時(shí)形成大深寬比激光焊縫的熔池凝固順序，實(shí)現(xiàn)自下而上的梯度順序凝固，防止產(chǎn)生焊接結(jié)晶裂紋。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種厚板窄間隙雙光束激光填絲高效焊接方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源設(shè)備、艦船制造、石油化工、海洋工程等高端裝備制造業(yè)對(duì)大型結(jié)構(gòu)件中的中厚板高效優(yōu)質(zhì)焊接有著迫切需求。現(xiàn)有厚板的焊接方法眾多，其中厚板窄間隙激光填絲焊接方法是一種高效優(yōu)質(zhì)的焊接技術(shù)，與傳統(tǒng)的弧焊技術(shù)相比，具有焊接速度快、焊接熱輸入低、接頭強(qiáng)度高、焊縫晶粒細(xì)化等優(yōu)點(diǎn)。采用該方法焊接厚板以及大厚板時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量減小坡口的填充面積，這就需要采用大鈍邊窄坡口設(shè)計(jì)，但是現(xiàn)有高功率激光焊接大鈍邊坡口時(shí)，很容易在熔池前沿形成液柱并產(chǎn)生大量飛濺，嚴(yán)重影響激光打底焊縫的成形，且在填充焊中為了盡可能提高熔敷效率，需要大送絲量填充，但因坡口寬度較小，大送絲量填充量時(shí)，導(dǎo)致單層焊縫深寬比較大(即焊縫成形系數(shù)較小)，焊縫凝固過(guò)程容易導(dǎo)致因焊縫中心位置最后凝固，并因缺少液態(tài)金屬的補(bǔ)縮，最終在焊縫中心位置形成結(jié)晶裂紋，因此在實(shí)際焊接過(guò)程中為控制焊縫成形系數(shù)不易采用大送絲量填充，這嚴(yán)重影響焊接效率。因此，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種高效的厚板窄間隙雙光束激光焊接中厚板的方法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有厚板窄間隙激光填絲焊接過(guò)程中存在的大厚度鈍邊激光打底焊液柱及飛濺問(wèn)題和焊縫中心焊接結(jié)晶裂紋問(wèn)題，提供一種厚板窄間隙雙光束激光填絲高效焊接方法，該方法特別涉及到采用大鈍邊、小角度的窄間隙坡口設(shè)計(jì)，通過(guò)雙光束能量匹配控制抑制焊接飛濺和結(jié)晶裂紋，顯著減小坡口填充面積，提高單道焊縫的熔敷效率，實(shí)現(xiàn)厚板窄間隙高效焊接。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種厚板窄間隙雙光束激光填絲高效焊接方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，坡口設(shè)計(jì)：在兩個(gè)待焊試件之間加工出帶有鈍邊的坡口，所述的坡口為單面或雙面U型窄間隙坡口，在坡口設(shè)計(jì)上大幅減小坡口填充面積；

步驟2，焊前準(zhǔn)備：焊前對(duì)坡口附近進(jìn)行機(jī)械打磨和化學(xué)清洗，吹干后將兩個(gè)待焊試件裝夾固定在工作臺(tái)上；

步驟3，打底焊接：采用萬(wàn)瓦級(jí)高功率激光深熔焊對(duì)鈍邊進(jìn)行單面單道或雙面雙道熔透焊接；所述的萬(wàn)瓦級(jí)高功率激光采用雙光束激光，雙光束的光束排列方式為沿著焊接方向前后排列，并采用前輔后主的雙光束激光熱源模式，實(shí)現(xiàn)鈍邊的穿透焊接；

步驟4，填充焊接：采用萬(wàn)瓦級(jí)高功率激光填絲焊對(duì)窄間隙坡口進(jìn)行多道填充焊接；所述的萬(wàn)瓦級(jí)高功率激光采用雙光束激光，雙光束的光束排列方式為沿著焊接方向前后排列，并采用前主后輔的雙光束激光熱源模式，實(shí)現(xiàn)窄間隙坡口的焊接填充。

進(jìn)一步限定，步驟1中坡口的鈍邊尺寸10mm-50mm，坡口單邊角度1°-3°，坡口根部間隙2mm-5mm。

進(jìn)一步限定，步驟3中雙光束激光的光斑間距為4mm-20mm，前束激光功率為1kW-5kW，后束激光功率10kW-30kW，前束激光光斑直徑為后束激光光斑直徑的1-5倍。

更進(jìn)一步限定，前束激光光斑直徑通過(guò)增大離焦量或光束整形實(shí)現(xiàn)，或采用激光擺動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)，激光擺幅1mm-5mm，擺動(dòng)頻率1Hz-200Hz。