一種面向厚板的窄間隙多道激光焊接方法技術

本發明專利技術公開了一種面向厚板的激光焊接方法，在厚板上預留間隙或者預開一個帶鈍邊的坡口，采用激光自熔焊在焊縫處焊一道進行打底，再進行激光填絲焊，焊絲與激光束保持15°～75°夾角，焊絲從激光束前方伸入坡口間隙中，當填絲焊無法填充滿坡口間隙時，最后進行激光-GMAW復合焊，完成厚板的焊接；所述預留間隙值均小于等于0.5mm，用于填絲焊的預開坡口寬度小于等于2.5mm，用于復合焊的預開坡口寬度小于等于10mm。本發明專利技術要解決厚板高效率高質量焊接問題，從而獲得焊接變形小，間隙橋接能力強的優質和高效的厚板焊接接頭。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于激光材料加工
，涉及，該方法對激光自熔焊、激光填絲焊和激光-GMMi熔化極氣體保護焊)復合焊進行了優化組合，實現了厚板的高效率高質量焊接。
技術介紹
厚板的焊接是艦船和核設施制造、石油和天然氣管道鋪設、電站建設以及各種大型鋼結構工程建造過程中必不可少的關鍵工藝。這些設施部件的厚度一般都在20mm以上，并且結構尺寸大，只能通過分段加工后連接成形。鑒于目前的焊接方式，⑴當采用弧焊進行厚板的焊接時，通常需要開坡口，并進行多層多道的方式進行焊接。但由于坡口面積的急劇增大導致了焊接工程量和焊材消耗量成倍增加，生產效率低下，而且厚板的大拘束度和弧焊的大熱輸入量使得焊接接頭存在較大的殘余應力和殘余變形，并帶來較大的塑性、韌性損失，導致焊接接頭的力學性能惡化。雖然窄間隙弧焊可以在一定程度上解決厚板焊接的上述問題，但工藝實現難度大、適應性差以及對焊接設備要求高等問題使得窄間隙弧焊在厚板焊接領域的推廣應用受到較大限制。(2)采用電子束焊進行焊接時，實現厚板的焊接雖然具有高深寬比、線能量和熱變形小、焊縫純凈度好和接頭質量高等突出優點，然而其焊接過程必須在真空或低真空環境下進行，其所焊構件尺寸和作業的靈活性受到極大限制，應用范圍難以拓展到造船、艦艇和管道建設等領域。因此,業界一直在努力探討尋找一種可以實現厚板連接的聞效率、聞精度、聞質量并且作業靈活的焊接方法。
技術實現思路
針對技術背景中的不足之處，本專利技術的目的在于提供，本專利技術要解決厚板高效率高質量焊接問題，能夠獲得焊接變形小，間隙橋接能力強的優質和聞效的厚板焊接接頭。本專利技術提供的一種面向厚板的激光焊接方法，在厚板上預留間隙或者預開一個帶鈍邊的坡口，采用激光自熔焊在焊縫處焊一道進行打底，再進行激光填絲焊，焊絲與激光束保持15° 75°夾角，焊絲從激光束前方伸入坡口間隙中，當填絲焊無法填充滿坡口間隙時，最后進行激光-GMAW復合焊，完成厚板的焊接；所述預留間隙值均小于等于O. 5mm，用于填絲焊的預開坡口寬度小于等于2. 5mm，用于復合焊的預開坡口寬度小于等于10mm。作為上述技術方案的改進，在進行激光填絲焊時，焊絲與激光束保持15° 75°夾角，焊絲從激光束前方伸入坡口間隙中，光絲間距為Wx，wx =焊絲半徑土光斑半徑；復合焊時激光在前，焊絲在后，激光與焊絲的間距為O 5mm。作為上述技術方案的進一步改進，所述坡口的形狀為“Y型”。作為上述技術方案的更進一步改進，填絲焊的坡口角度為1. 5 6°。激光-GMAW的坡口角度為6 30°。本專利技術要解決厚板高效率高質量焊接問題，從而獲得焊接變形小，間隙橋接能力強的優質和高效的厚板焊接接頭。本專利技術主要是指工件在焊接前預留極小間隙或加工極窄的坡口，采用工業中成熟應用的千瓦級激光器，首先采用激光自熔焊打底，然后采用具有橋接能力的激光填絲焊或激光-GMAW(熔化極氣體保護焊)復合焊接的方式進行后續焊道的熔合，實現厚板優質高效連接。相對厚板的傳統弧焊或窄間隙弧焊方式而言，本專利技術提出的厚板焊接方法具有以下諸多技術與經濟的優越性(I)可以大量減少焊接材料與能量消耗，在大幅度提高焊接生產率的同時，也大幅度降低了焊接生產成本；(2)單道焊縫熔深大大提高，相同厚度的工件可用更少的道數實現連接，生產效率大大提高的同時，總熱輸入量也大大減少；(3)熱壓縮塑性變形量大幅度減小，且沿板厚方向上更趨均勻化，從而帶來接頭的殘余應力、殘余變形減?。?4)極高的熔池冷卻速度和極低的焊接線能量使焊縫組織更加細小，同時可以獲得較小的熱影響區，接頭韌性提高。與單道自熔性激光焊接相比，窄間隙非自熔性激光多道焊接的最大優勢在于可以用千瓦級的激光光源通過多層多道焊的方式實現厚板的連接，焊絲的添加對焊前裝配精度的要求大大降低，同時可以進一步實現焊縫成分和接頭性能的調控。另外，相對厚板的電子束焊接而言，其最大優勢在于不需要真空環境，所焊構件的尺寸與作業的靈活性得到大大拓展，在艦船制造、管道作業、核設施制造以及電站建設等各種大型結構工程中的適用性大大增強。附圖說明圖1為本專利技術焊接方法的坡口截面圖，三個區域分別表示三種焊接方法焊接的范圍；圖2表示激光自熔焊的焊接方法示意圖；圖3表示激光填絲焊的焊接方法示意圖；圖4表示激光-GMAW復合焊的焊接方法示意圖；圖中，I一激光光束，2—激光自熔焊熔池，3—保護氣管，4一保護氣體，5—工件，6—激光自熔焊焊縫，7—自熔焊間隙，8—焊絲，9一激光填絲焊熔池，10—激光填絲焊坡口，11一氣咀，12—同軸裝置，13—激光-GMAW復合焊熔池，14一電弧，15—激光填絲焊焊縫，16—激光-GMAW復合焊坡口。具體實施例方式本專利技術提出了一種優化組合激光自熔焊、激光填絲焊、激光-GMAW復合焊的焊接方式。該方式首先利用自熔焊熱輸入量小，焊接變形小、焊縫成型好的特點進行打底。利用了填絲焊對工件加工裝配要求不高，調整焊絲成分從而可以控制焊縫區域組織性能，且間隙橋接能力較強的特點和復合焊熱輸入量大、熔深大、間隙橋接能力強的優點進行后續填充。簡而言之，本專利技術是在一個厚板多層多道接頭中優化組合此三種方法，建立基于分層焊縫形貌控制與協調的厚板接頭成形控制模型，從而實現厚板的優質高效焊接。圖1表示本焊接方法的坡口截面圖。基于對激光自熔焊，激光填絲焊以及激光-GMAW復合焊三種焊接方法熱輸入量大小，間隙橋接能力強弱和焊縫成形好壞的綜合考慮。該方法并不限定于某一種具體材料，無論對于何種材料，激光自熔焊都只焊一道進行打底。之后便用激光填絲焊進行填充，當填絲焊無法填充滿坡口間隙時便改用復合焊。本專利技術的基本原理是在兩塊待焊厚板之間預留極小間隙(由于首先要進行自熔焊打底，間隙太大激光束容易露下去，所以無論對于何種材料，何種厚度，預留間隙值均小于等于O. 5mm)或預開帶鈍邊的極窄坡口(坡口形式多樣，根據厚度和材料的不同靈活選擇，如“Y型”。坡口的尺寸也隨板厚而變。一般來說，預開的填絲焊坡口的寬度小于等于2. 5mm,預開的復合焊坡口的寬度則小于等于IOmm)本專利技術方法中，填絲焊的坡口角度為1. 5 6°，激光-GMAW的坡口角度為6 30°。焊接時，首先采用激光自熔焊焊一道進行打底；然后進行激光填絲焊，焊絲與激光束保持15° 75°夾角，焊絲從激光束前方伸入坡口間隙中。由于焊絲從光束前方送入，就算焊絲與光束稍有偏離，激光束在后方也可以及時熔化焊絲，使焊絲連續熔化鋪展，避免了焊接過程的不穩定。最后，再進行激光-GMAW復合焊。復合焊時激光在前，焊絲在后，激光與焊絲的間距為O 5mm，由于前置的激光束首先在前一道焊形成的焊縫表面上形成熔池，故此時坡口根部溫度較高，而且激光的熱源有引導熔融填充金屬流向焊縫底部的作用，從而使焊絲熔化形成的熔融金屬流動性明顯改善，可以充滿整個坡口間隙。同時加熱面積較大也改善了工件的間隙適應性。為了使本焊接方法的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本方法進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本方法，并不用于限定本方法。一種涉及優化組合激光自熔焊、激光填絲焊、激光-GMAW復合焊的焊接方法焊接前，工件預留極小間隙或加工極窄坡口。焊接時，如圖2所示。首先采用激光自熔焊打底，激光束I與工件5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種面向厚板的激光焊接方法，在厚板上預留間隙或者預開一個帶鈍邊的坡口，采用激光自熔焊在焊縫處焊一道進行打底，再進行激光填絲焊，焊絲與激光束保持15°～75°夾角，焊絲從激光束前方伸入坡口間隙中，當填絲焊無法填充滿坡口間隙時，最后進行激光?GMAW復合焊，完成厚板的焊接；所述預留間隙值均小于等于0.5mm，用于填絲焊的預開坡口寬度小于等于2.5mm，用于復合焊的預開坡口寬度小于等于10mm。

【技術特征摘要】
1.一種面向厚板的激光焊接方法，在厚板上預留間隙或者預開一個帶鈍邊的坡口， 采用激光自熔焊在焊縫處焊一道進行打底，再進行激光填絲焊，焊絲與激光束保持15° 75°夾角，焊絲從激光束前方伸入坡口間隙中，當填絲焊無法填充滿坡口間隙時，最后進行激光-GMAW復合焊，完成厚板的焊接；所述預留間隙值均小于等于O. 5mm，用于填絲焊的預開坡口寬度小于等于2. 5_，用于復合焊的預開坡口寬度小于等于10_。2.根據權利要求1所述的面向厚板的激光焊接方法，其特征在于，在進行激光填絲...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王春明，李若楊，王天驕，胡席遠，王軍，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：