一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，将主光束分为清洗光束、深熔光束和填丝光束，将激光清洗技术应用于厚板超窄间隙坡口的清洗，并与激光深熔填丝焊接技术复合，解决了现有方法难以有效清理深窄坡口的问题，将激光深熔焊与激光填丝焊有效结合，具有大熔深，较好的桥接能力和可扩展厚度等优点，提高焊接稳定性，且激光清洗与激光焊接同步进行，能够大大提高焊接效率，保证接头质量。本发明专利技术还提供一种实现上述方法的焊接装置，实现激光清洗与激光焊接同步进行，提高焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法
本专利技术涉及厚板窄间隙焊接
，特别是涉及一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法。
技术介绍
厚板焊接是船舶海洋、轨道交通、压力容器及桥梁建设等大型设备制造过程中的关键技术。厚板超窄间隙焊接方法的提出有效减少了坡口填充面积和焊接层道数，大幅降低了焊接热输入量、焊接变形及残余应力，提高了焊接效率及接头质量。但由于电弧焊的熔深有限，仍然需要多层焊接实现厚板连接成形。激光焊接具有能量密度高、熔深大、焊接速度快等优势，但单纯的激光自熔焊接具有桥接能力差、焊接厚度受激光功率限制、不能调控焊缝成分等缺点。二者的结合，即超窄间隙激光焊接技术，具有可焊厚度大，效率高和桥接能力强等优点。现有的厚板超窄间隙激光焊接方法一般包括超窄间隙激光电弧焊与超窄间隙激光填丝焊，这两种焊接方法各有优缺点：超窄间隙激光电弧焊中，焊丝与侧壁距离很小，电弧易被侧壁吸引，导致焊接过程稳定性控制困难；而激光填丝焊中，由于激光需要熔化母材和焊丝，导致其熔深很浅，在焊接厚板时往往需要较慢的速度和较多的层数，焊接效率低。除此之外，超窄间隙窄而深的坡口难以使用传统方法进行清理，容易导致气孔、未熔合等缺陷的产生，严重影响接头的质量。公开号为CN104551403A的中国专利，通过激光自熔焊打底熔化钝边，再进行激光填丝焊填充坡口的方法实现厚板的超窄间隙激光填丝焊接，但是效率较低，且激光自熔焊缝的成分无法调控，接头质量难以控制。公开号为CN102059452A的中国专利，本质上还是单纯的激光填丝焊接，三个光束按特定形式排列，但均用于熔化焊丝，无法克服激光填丝焊接熔深浅，效率低的问题。因此，如何改变现有技术中，激光填丝焊接熔深浅、效率低，且超窄间隙约束条件下坡口清理困难的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使厚板超窄间隙激光填丝焊接的焊接效率得到提高，同时有效清理深窄坡口，保证接头质量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，包括以下步骤：步骤一、用激光器发出主光，并将主光分成三束；步骤二、采用第一分光片将主光束分为一束反射光和一束透射光，反射光经第一振镜扫描后，再经第一聚焦镜片形成清洗光束，清洗光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于超窄间隙坡口的激光清洗；步骤三、主光束经第二聚焦镜片形成深熔光束，深熔光束用于熔化大厚度钝边；步骤四、主光束通过第二分光片分为一束反射光和一束透射光，反射光经第二振镜扫描后再经第三聚焦镜片形成填丝光束，填丝光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于熔化焊丝并填充坡口。优选地，步骤三中的深熔光束的焦点位于坡口的中心线上。优选地，两待焊件之间的坡口为深U形，坡口间隙不超过5mm。优选地，步骤二中形成的深熔光束的扫描路线为连续的Z字形。优选地，步骤四中形成的填丝光束的扫描路线为连续的Z字形。本专利技术还提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置，包括第一分光片、第一振镜、第一聚焦镜片、第二分光片、第二振镜、第二聚焦镜片和第三聚焦镜片，所述第一分光片将主光束分为反射光和透射光，反射光经所述第一振镜扫描后，经所述第一聚焦镜片聚焦形成清洗光束，所述第一聚焦镜片位于所述第一振镜的下部；所述第二分光片将主光束分为反射光和透射光，反射光经所述第二振镜扫描后，经所述第三聚焦镜片聚焦形成填丝光束，所述第三聚焦镜片位于所述第二振镜的下部；主光束经所述第二聚焦镜片聚焦形成深熔光束。优选地，厚板超窄间隙激光填丝焊接装置还包括能够输出焊丝的送丝系统，所述送丝系统输出的焊丝与填丝光束之间具有夹角。优选地，厚板超窄间隙激光填丝焊接装置还包括能够输出保护气体的保护气管，所述保护气管的气体出口位于所述送丝系统输出焊丝的一端。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：采用本专利技术的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，将主光束分为清洗光束、深熔光束和填丝光束，将激光清洗技术应用于厚板超窄间隙坡口的清洗，并与激光深熔填丝焊接技术复合，解决了现有方法难以有效清理深窄坡口的问题，将激光深熔焊与激光填丝焊有效结合，具有大熔深，较好的桥接能力和可扩展厚度等优点，提高焊接稳定性，且激光清洗与激光焊接同步进行，能够大大提高焊接效率，保证接头质量。本专利技术还提供一种实现上述方法的焊接装置，实现激光清洗与激光焊接同步进行，提高焊接效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为采用本专利技术的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法的焊接过程示意图；图2为光束在坡口内分布示意图；图3为超窄间隙坡口示意图；其中，1为第一分光片，2为第一振镜，3为第一聚焦镜片，4为第二聚焦镜片，5为第二分光片，6为第二振镜，7为第三聚焦镜片，8为送丝系统，9为保护气管，10为超窄间隙坡口侧壁，11为待焊接对接接缝，12为清洗光束扫描路径，13为深熔光束光斑，14为填丝光束扫描路径，W为坡口间隙，H为待焊厚板的厚度。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使厚板超窄间隙激光填丝焊接的焊接效率得到提高，同时有效清理深窄坡口，保证接头质量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。请参考图1至图3，图1为采用本专利技术的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法的焊接过程示意图，图2为光束在坡口内分布示意图，图3为超窄间隙坡口示意图。本专利技术提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，包括以下步骤：步骤一、用激光器发出主光，将主光分成三束。步骤二、采用第一分光片1将主光束分为一束反射光和一束透射光，反射光经第一振镜2扫描后，再经第一聚焦镜片3形成清洗光束，清洗光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于超窄间隙坡口的激光清洗；清洗光束的功率可通过主光束功率和第一分光片1的反射面积调整，焦点位置可通过第一聚焦镜片3调整。步骤三、主光束经第二聚焦镜片4形成深熔光束，深熔光束用于熔化大厚度钝边；深熔光束的功率可通过主光束功率调整，焦点位置可通过第二聚焦镜片4调整，用于熔化大厚度钝边。步骤四、主光束通过第二分光片5分为一束反射光和一束透射光，反射光经第二振镜6扫描后再经第三聚焦镜片7形成填丝光束，填丝光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于熔化焊丝并填充坡口。填丝光束的功率可通过主光束功率和第二分光片5的反射面积调整，一般采用正离焦，焦点位置可通过第三聚焦镜片7调整，光束在坡口两侧来回扫描，用于熔化焊丝并填充坡口，填丝光束扫描能够有效调控熔池形貌，改善熔合效果，减少气孔缺陷的产生。本专利技术的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，与厚板高功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、用激光器发出主光；步骤二、采用第一分光片将主光束分为一束反射光和一束透射光，反射光经第一振镜扫描后，再经第一聚焦镜片形成清洗光束，清洗光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于超窄间隙坡口的激光清洗；步骤三、主光束经第二聚焦镜片形成深熔光束，深熔光束用于熔化大厚度钝边；步骤四、主光束通过第二分光片分为一束反射光和一束透射光，反射光经第二振镜扫描后再经第三聚焦镜片形成填丝光束，填丝光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于熔化焊丝并填充坡口。

【技术特征摘要】
1.一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、用激光器发出主光；步骤二、采用第一分光片将主光束分为一束反射光和一束透射光，反射光经第一振镜扫描后，再经第一聚焦镜片形成清洗光束，清洗光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于超窄间隙坡口的激光清洗；步骤三、主光束经第二聚焦镜片形成深熔光束，深熔光束用于熔化大厚度钝边；步骤四、主光束通过第二分光片分为一束反射光和一束透射光，反射光经第二振镜扫描后再经第三聚焦镜片形成填丝光束，填丝光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于熔化焊丝并填充坡口。2.根据权利要求1所述的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于：步骤三中的深熔光束的焦点位于坡口的中心线上。3.根据权利要求1所述的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于：两待焊件之间的坡口为深U形，坡口间隙不超过5mm。4.根据权利要求1所述的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于：步骤二中形成的深熔光束的扫描路线为连续的Z字形。5.根据权利要求1所述的厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春明，张熊，米高阳，蒋平，邵新宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42