万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法技术

本发明专利技术涉及万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，设计窄间隙坡口结构，预置填充材料于窄间隙坡口中，预置后用激光对填充材料进行点焊固定。通过激光束直接作用于填充材料，利用万瓦级激光的强穿透能力一次将其熔化，并实现熔融金属与窄间隙侧壁熔合后形成焊缝。完成该层焊接后，在此基础上再预置填充材料进行下一层的焊接。以此类推，通过分层预置填充材料累积焊接的方式直至最终完成焊接。采用本发明专利技术的焊接方法，可克服当前窄间隙激光填丝焊接时窄间隙侧壁对熔丝过程的干扰、焊丝对匙孔和熔池稳定性的影响等问题，大大提升厚板窄间隙激光焊接的单层填充高度和焊接效率，激光器的功率越大。

New method for narrow gap welding of w w laser prefill

The invention relates to a new method of 10,000-watt class laser pre-filler narrow gap welding, designs a narrow gap groove structure, presets the filler material in the narrow gap groove, and fixes the filler material by laser spot welding after presetting. The filler material is directly acted by a laser beam, which is melted by the penetrating power of a 10,000-watt laser, and the weld is formed by the fusion of the molten metal with the narrow gap sidewall. After completion of the welding, the filler material will be preset for the next welding. In this way, the material can be accumulated and welded by stratified presetting until the final welding is completed. The welding method of the invention can overcome the interference of the narrow gap side wall on the fuse process and the influence of the welding wire on the stability of the keyhole and the molten pool during the current narrow gap laser filler welding, and greatly improve the single layer filling height and welding efficiency of the thick plate narrow gap laser welding, and the greater the laser power.

【技术实现步骤摘要】
万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法
本专利技术涉及万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，属于激光材料加工

技术介绍
厚板焊接作为厚壁构件的共性关键制造工艺，对于我国在船舶制造、海洋工程、核电、航空航天等国家重大工程领域具有重要的战略意义。目前，工程中已成熟应用的厚板焊接方法主要包括：传统多层多道弧焊、电子束焊、窄间隙弧焊等。多层多道弧焊存在填充量大、热输入高、焊接变形严重和焊接效率低等问题；电子束焊穿透能力强、焊缝深宽比大、变形小、效率高，但对真空环境的需求导致其难以适应工程中大型复杂件的焊接。同多层多道弧焊相比，窄间隙弧焊具有填充量及热输入减小、焊接效率显著提高等优点，已广泛应用于厚壁构件的制造，但由于其弧焊本质带来的焊接变形与焊接效率已较难满足在高服役条件下的焊接质量要求与市场竞争带来的制造成本要求。激光焊接具有能量密度高、热输入量小、接头质量好、焊接效率高等特性，在厚板焊接领域有着显著优势，但厚板激光焊接技术仍存在一些问题有待解决，如激光自熔焊对激光功率的依赖性极高，比较适合中等厚度以下的板材焊接。窄间隙激光焊采用分层填丝焊接的方式可实现千瓦级激光器对厚板的焊接，但存在窄间隙侧壁对熔丝过程的干扰、焊丝对匙孔和熔池稳定性的影响等问题，使得激光填丝焊在万瓦级激光器日渐普及的形势下，单层填充高度仍不能得到较大的提升。针对此问题，本专利技术提出万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，采用预置板条替代同步送丝作为填充材料的填入方式克服送丝过程带来的问题，结合万瓦级激光器的焊接能力，以达到大幅提升厚板窄间隙激光焊单层填充高度的效果，对高效率厚板焊接技术的发展具有至关重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，以实现大幅提升厚板窄间隙激光焊单层填充高度和焊接效率的效果。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：将两块厚板对接，设计厚板窄间隙坡口结构，完成钝边层焊缝焊接后预置填充材料于窄间隙坡口中，预置后用激光对填充材料进行点焊固定。通过激光束直接作用于填充材料，利用万瓦级激光的强穿透能力一次将其熔化，并实现熔融金属与窄间隙侧壁熔合后形成焊缝。完成该层焊接后，在此基础上再预置填充材料进行下一层的焊接。以此类推，通过分层预置填充材料累积焊接的方式直至最终完成焊接。所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：厚板窄间隙坡口为带钝边的U型或V型。所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：激光器为10kW及以上超高功率工业激光器。所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：所述填充材料的形式为板条状填充物。所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：板条状填充物的高度根据激光器对填充材料的熔透能力来设计。所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：板条状填充物和坡口两侧壁之间的缝隙控制在0-0.5mm。所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：最后一层焊接时，板条状填充物的高度需高出工件表面0.5-5mm，以实现良好的焊缝表面成形。本专利技术的优点：窄间隙激光填丝焊接中焊丝的送进、熔化和过渡由于受到激光光束质量、功率、聚焦特性、光与丝相互作用位置、间隙侧壁约束等诸多因素的综合影响，使得万瓦级激光器对其单层填充高度提升极其有限，不能得到完美地融合万瓦级激光器的焊接能力。本专利技术通过以预置板条代替同步送丝手段来进行窄间隙激光焊接。该方法非同步填料的方式无需激光填丝焊接的送丝设施，简化了焊接头，可消除由送丝机构带来的干涉性问题，并减少送丝动作对激光焊接过程稳定性的影响。同时预置板条只需选择板条的合适尺寸，在激光能量充足的情况下即可实现对每层焊接深度的控制。此外，该种焊接方法属于锁底式激光焊接，无需考虑对接焊缝时的背部成型，可将激光自熔焊接的焊接能力进一步提升。基于以上优势，可以在保证焊接质量的同时，将焊接效率提升到最大。特别地，激光器的功率越大，其提升的效果越明显。附图说明图1：万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法原理图。图2：万瓦级激光预填料窄间隙焊接示意图。图3：焊缝横截面效果图。具体实施方式：参照图1，将两块厚板1、2对接，设计厚板窄间隙坡口结构，完成钝边层焊缝5焊接后预置填充材料3于窄间隙坡口中，预置后用激光对填充材料进行点焊固定。通过激光束4直接作用于填充材料3，利用万瓦级激光的强穿透能力一次将其熔化，并实现熔融金属与窄间隙侧壁熔合后形成焊缝6。完成该层焊接后，在此基础上再预置填充材料进行下一层的焊接。以此类推，通过分层预置填充材料累积焊接的方式直至最终完成焊接。参照图2，工件为两件对接的33mm厚的316LN奥氏体不锈钢厚板1、2，尺寸为150mm*100mm，坡口为带钝边的U型结构，坡口宽度为2mm，坡口深度为24mm，其中钝边深度为9mm。采用的板条状填充物4、5也都为316LN，两次预置的板条尺寸分别为12mm*1.8mm(高*宽)和13mm*1.5mm（高*宽）。焊接过程采用IPG公司YLS-20000光纤激光器，先完成钝边层3焊接后，再预置下部板条状填充物4，完成该层焊接后，预置上部板条状填充物5，完成最终焊接。焊接参数为：钝边层10kW激光功率,+15mm离焦，1.5m/min焊接速度；第二层为13kW激光功率,+20mm离焦，1.0m/min焊接速度；第三层为12kW激光功率,+20mm离焦，1.0m/min焊接速度。采用侧吹气体保护形式，保护气流量为15L/min，保护气体为纯度为99.999%的氩气。本专利技术实例仅通过两层即完成了24mm深的窄间隙坡口内的填充焊接，最大单层填充厚度达15mm,且焊接接头成型良好，观察焊缝横截面未发现侧壁未熔合、层间未熔合等缺陷。焊缝横截面效果如图3所示。以上实施方式仅是对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施方式只限于这些说明，在不脱离本专利技术构思的前提下，简单推衍派生出来的系列方法，都应视为属于本专利技术的权利保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：依次按照以下步骤进行：设计厚板窄间隙坡口结构，预置填充材料于窄间隙坡口中，预置后用激光对填充材料进行点焊固定；通过激光束直接作用于填充材料，利用万瓦级激光的强穿透能力一次将其熔化，并实现熔融金属与窄间隙坡口侧壁熔合后形成焊缝；完成该层焊接后，在此基础上再预置填充材料进行下一层的焊接；以此类推，通过分层预置填充材料累积焊接的方式直至最终完成焊接。

【技术特征摘要】
1.万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：依次按照以下步骤进行：设计厚板窄间隙坡口结构，预置填充材料于窄间隙坡口中，预置后用激光对填充材料进行点焊固定；通过激光束直接作用于填充材料，利用万瓦级激光的强穿透能力一次将其熔化，并实现熔融金属与窄间隙坡口侧壁熔合后形成焊缝；完成该层焊接后，在此基础上再预置填充材料进行下一层的焊接；以此类推，通过分层预置填充材料累积焊接的方式直至最终完成焊接。2.根据权利要求1所述的万瓦级激光预填料窄间隙焊接新方法，其特征在于：厚板窄间隙坡口为带钝边的U型或V...

【专利技术属性】
技术研发人员：方超，信纪军，卫靖，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34