[發明專利]一種鈦合金厚板預填絲激光超窄間隙焊接方法

在審

• 申請號: 202110763323.6
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113770522A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 高福洋;穆壯壯;楊勝利;馬照偉
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/12;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 宋晨煒

本發明公開了一種鈦合金厚板預填絲激光超窄間隙焊接方法，該焊接方法包括如下步驟：將待焊鈦合金厚板的單側或雙側坡口加工成帶鈍邊的U型坡口，坡口間隙不超過10mm，鈍邊厚度為1~10mm，圓角直徑比預填粗焊絲直徑大0~1mm，坡口角度為0~1.5°；之后在氣體保護下進行焊接，在焊接過程中，先進行鈍邊激光焊接，然后采用先鋪設焊絲后焊接進行填充焊直至填充焊完成；最后進行蓋面激光焊接。本發明的焊接方法解決了現有鈦合金厚板填絲焊接效率相對較低、焊接過程中焊絲對匙孔穩定性的干擾問題，大幅提升了焊接效率保證了焊接過程的穩定性，同時可以將鈦合金厚板的焊接間隙保證在10mm以內，焊接變形和焊接應力通過逐層能量精確控制降到最低，實現高精度和高質量焊接。

技術領域

本發明涉及激光超窄間隙焊接技術領域，具體的說是一種鈦合金厚板預填絲激光超窄間隙焊接方法。

背景技術

窄間隙焊接通常是指將厚度30mm以上的板材，按小于板厚的間隙開坡口，再進行機械化或自動化弧焊的方法(板厚小于200mm時，間隙小于20mm；板厚超過200mm時，間隙小于30mm)。其中超窄間隙坡口寬度不超過10mm。現有單純電弧焊窄間隙焊接中采用的間隙大多在12-20mm，甚至更寬，焊接速度通常為0.12-0.2m/min。這種窄間隙焊接技術，雖然設備簡單，成本較低，但由于焊接速度過低、焊接線能量仍然較大，因此在焊接變形量和焊接區域的組織性能上有待進一步改善。激光窄間隙焊接用于大厚度材料連接，是一種高效率、高質量、小變形的焊接技術。與窄間隙電弧焊接相比，具有如下優點：焊接速度更快、熔化深度更大、工藝穩定性更好，并且由于晶粒組織更為細化且熱影響區更小，所以力學性能更加優越。

對于窄間隙焊絲送進的準確性和焊接過程的穩定性是鈦合金窄間隙激光焊接需要解決的主要問題。在窄間隙中將焊絲準確送入激光光斑的位置形成焊接熔池也是確保實現窄間隙激光焊接的關鍵。多層多道焊接需要多次進行焊絲和焊縫中心找正，嚴重影響了焊接效率，同時鈦合金盤狀焊絲送出時存在顯著的彎曲影響送絲的準確性，以及填充過程的穩定性和焊接成形的一致性，焊絲對匙孔的干擾也會影響焊接過程的穩定性，從而影響接頭的性能，上述問題使得傳統填絲激光窄間隙焊接過程穩定性控制困難，焊接效率有所降低。公開號為CN 108526690 A的中國專利提出了一種萬瓦級激光預填料窄間隙焊接方法，通過板條狀填充物和萬瓦級以上的能量大功率實現大厚度的焊接。但是大功率帶來的焊接熱輸入增大，熱影響區增大會惡化接頭性能。同時由于鈦合金彈性模量低，大功率焊接會產生較大的焊接變形和焊接應力，影響后續焊縫的填充，應力的存在會影響后續焊接質量，嚴重時會導致焊接裂紋的產生。此外，板條狀填充物需要根據不同的材料成分進行設計和制備，沒有成熟的配套工業生產體系，不利于該項技術的工程化大規模應用。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明提供一種鈦合金厚板預填絲激光超窄間隙焊接方法，該焊接方法可以實現鈦合金厚板的大功率高效焊接，在保證焊縫間隙為超窄間隙的同時，良好的焊接熱輸入控制避免側壁未熔合等焊接缺陷的產生，同時保持較低的焊接熱輸入，有效的降低焊接變形和焊接殘余應力，實現高精度高質量焊接。

為了實現上述目的，本發明采用的具體方案為：

一種鈦合金厚板預填絲激光超窄間隙焊接方法，包括如下步驟：

S1、鈍邊設計及加工

將待焊鈦合金厚板的單側或雙側坡口加工成帶鈍邊的U型坡口，其中，U型坡口的坡口間隙不超過10mm，鈍邊厚度為1～10mm，圓角直徑比預填粗焊絲直徑大0～1mm，坡口角度為0～1.5°；

S2、焊接

S21、進行鈍邊激光焊接，鈍邊焊接采用的焊接工藝為：激光功率5KW-15KW，離焦量為0～+20mm，焊接速度為200mm/min～1500mm/min；