一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，将两块板材的侧面进行磨平，使两块板材拼接起来不会存在明显的缝隙，并对板材进行清理，包括对表面氧化膜和油污的清除并拼接；使用塞规测量坡口间隙，并预制坡口间隙，得到预制间隙的焊接试板；采用保护气体对焊接熔池进行保护，保护气体出气管的中心对准激光的光斑，然后进行激光焊接；经上部的纯激光焊后，对焊缝表面凹陷的部分进行盖面焊接。本发明专利技术可以增大激光焊接熔深，从而提升焊接效率、节省能耗；同时，该方法也改善了焊缝的背部成形，解决了厚板高功率激光焊接时焊缝背部容易出现焊瘤的成形问题。

A laser welding method to increase weld penetration and improve weld formation

The invention discloses a laser welding method for increasing weld penetration and improving weld formation, which flattens the sides of two sheets so that there is no obvious gap between the two sheets, and cleans up the sheets, including cleaning and splicing surface oxide film and oil stain, and measuring groove gap with plug gauge. Prefabricate groove clearance to obtain prefabricated gap welding test plate; use shielding gas to protect welding pool, shield gas outlet pipe center alignment laser spot, and then laser welding; after pure laser welding on the upper part of the surface of the weld depression part of the cover welding. The invention can increase the penetration depth of laser welding, thereby improving the welding efficiency and saving energy consumption; at the same time, the method also improves the back forming of the weld, and solves the problem that the back of the weld is prone to weld nodules when the thick plate is welded by high power laser.

【技术实现步骤摘要】
一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法
本专利技术涉及激光焊接领域，尤其涉及一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法。
技术介绍
目前，我国在核电装备、海洋工程、舰船制造、石油化工、航空航天等工业领域中对性能较高、厚度较大的结构的需求越来越大，因而对厚板焊接技术的要求也变得越来越高。使用传统的弧焊或者气体保护焊焊接厚板时，有许多局限诸如低的生产效率、较高的生产成本、大的焊后变形等。与传统焊接方法相比，高能量密度的激光焊具有整体的热输入量小、焊接速度快，焊缝的深宽比较大、焊接的精度高等特点，可以提升企业的生产效率、降低成本并提高加工产品的质量，因而高功率的激光焊接方法在厚板的焊接过程中得到越来越多的推广应用。但是，使用高功率的激光器对厚板进行焊接时，由于焊接过程中产生的金属蒸气、热传导、熔池金属过热等对激光的能耗会有一定的损失，光束在深熔的小孔中向下穿透所能达到的深度也会受功率等的限制，因此在一定的焊接功率下，激光焊接的熔深会有所限制。要想进一步增加焊缝的熔深，一种方法是采用激光功率更大的焊接设备，但这会提高焊接成本，并且受技术条件的限制。另一种方法是改善焊接的工艺，通过查阅资料，发现文献中有一种工艺可以明显的提升激光焊接的焊缝熔深，即采用真空腔室负压的焊接方法，但是由于该焊接方法需要在腔室内进行，影响其在工业领域中的推广应用。另外，对于厚板激光焊接，当焊缝的背部熔透时，焊缝背部容易产生焊瘤等缺陷，因而需要新的焊接工艺来改善焊缝的背部成形。因此，本领域的技术人员致力于开发一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，达到增大焊接熔深和改善焊缝成形的的效果
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是增大焊接熔深和改善焊缝的成形，减少缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，包括以下步骤：步骤1：将两个板材的侧面进行磨平，使两个板材拼接起来不会存在明显的缝隙，并对板材进行清理，包括对表面氧化膜和油污的清除；将两个板材的侧面拼装在一起，形成I型的对接焊接坡口。步骤2：使用塞规测量坡口间隙，并预制坡口间隙，得到预制间隙的焊接试板。步骤3：采用保护气体对焊接熔池进行保护，保护气体出气管的中心对准激光的光斑，然后进行激光焊接。步骤4：经上部的纯激光焊后，对焊缝表面凹陷的部分进行盖面焊接。进一步地，步骤2中预制坡口间隙，将薄片塞进拼接起来的两个板材之间，用夹具将焊接板材固定，然后对板材拼接的间隙两端进行点焊固定，再将间隙之间的薄片取出。进一步地，步骤2中薄片的厚度为0.1mm至0.6mm。进一步地，步骤2中点焊固定采用激光点焊的方式。进一步地，步骤2中预制间隙小于激光光斑的直径。进一步地，步骤3中激光焊接的激光焊接功率为10kW，激光偏转角度为7°至10°，激光的离焦量为0mm。进一步地，步骤3中保护气体出气管为内径为8mm的铜管，保护气体为氮气，铜管的倾斜角度为30°至50°，保护气体流量为20L/min。进一步地，步骤3中激光焊接的焊接速度为0.6m/min至1.2m/min。进一步地，步骤4中焊接的焊接速度大小为0.42m/min，送丝速度为2m/min，激光离焦量为20mm，激光功率为4kW，焊丝的直径为1.2mm。进一步地，步骤4中盖面焊接采用激光填丝的方法。本专利技术具有如下有益效果：(1)同无间隙的激光焊接相比，采用本专利技术可以极大的提升焊接接头的熔深，除了间隙其它焊接参数保持一致的情况下，焊缝熔深最大可以提升88％。(2)间隙的存在，一方面抑制了金属羽烟的生成，降低了能耗；另一方面，促使激光束在深熔小孔内部的传输，这些均促进激光能量利用率的提升。(3)间隙的存在可以极大的改善焊缝的背部成形。采用没有间隙或间隙较小时，焊缝背部很容易出现焊瘤缺陷，而适量间隙的存在减小了小孔内部的压强，减缓小孔前壁熔体向下流动的速度，得到好的背部成形，从而解决了厚板高功率激光焊接时焊缝背部容易出现焊瘤的成形问题。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的实施例中的有间隙焊接填丝焊盖面后的焊缝成形图；图2是本专利技术的实施例一至五中焊接试样的预制坡口间隙的示意图；图3是本专利技术的实施例一至五中焊接过程示意图；图4是本专利技术的实施例一中有间隙焊缝截面图；图5是本专利技术的实施例一中无间隙焊缝截面图；图6是本专利技术的实施例二中有间隙焊缝截面图；图7是本专利技术的实施例二中无间隙焊缝截面图；图8是本专利技术的实施例三中有间隙焊缝截面图；图9是本专利技术的实施例三中无间隙焊缝截面图；图10是本专利技术的实施例四中有间隙焊缝截面图；图11是本专利技术的实施例四中无间隙焊缝截面图；图12是本专利技术的实施例五中有间隙焊缝截面图；图13是本专利技术的实施例五中无间隙焊缝截面图；图14是本专利技术的实施例中的有间隙焊接填丝焊盖面后的焊缝的截面图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。实施例一：如图2和图3所示，增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法包括以下步骤：步骤1：板材的准备，所用的板材为16mm厚的钢板，将板材的侧面磨平，使两个板材拼接起来不会存在明显的缝隙，并对板材进行清理，包括对表面氧化膜和油污的清除。将两个板材的侧面拼装在一起，形成I型的对接焊接坡口。步骤2：焊接间隙的预制，将厚度规格为0.1mm到0.6mm的薄片1塞进拼接起来的两个焊接板材之间，用夹具将焊接板材固定，然后用激光点焊方式在间隙两端进行点焊固定两个焊接板材，形成两个点焊点3。再将间隙中的薄片1取出，这样就得到了预制间隙的焊接试板。步骤3：激光深熔焊接过程，使用的激光焊接设备为光纤激光器(IPGYLS-10000)，设定激光焊接功率为10kW，激光偏转角度为7°至10°，激光的离焦量为0mm，采用内径为8mm的铜管通氮气，对焊接熔池进行保护，铜管的倾斜角度为30°至50°，管子的中心对准激光的光斑，保护气体流量为20L/min，在一定焊速下进行焊接，焊接速度为0.6m/min。激光束2对准两个焊接试板之间的间隙进行焊接。步骤4：激光盖面焊接过程，经上部的纯激光焊后，焊缝表面会有稍微的凹陷，用激光填丝的方法对凹陷的部分进行盖面焊接，所用的焊接速度大小为0.42m/min，送丝速度为2m/min，激光离焦量为20mm，激光功率为4kW，焊丝的直径为1.2mm，最终得到成形好的焊缝。步骤3完成后得到焊接后的焊缝截面图如图4。步骤4完成后得到盖面焊缝如图1和完成4个步骤后的焊缝截面图如图14。为了对比有无预制间隙激光焊接的效果，按照相同的步骤，区别在于没有进行步骤2中预制间隙的步骤进行对照组焊接。得到的焊缝的截面图如图5，在同工况下有间隙和无间隙两种焊接工艺对比，有间隙的焊缝熔深明显比无间隙的焊缝熔深大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将两个板材的侧面进行磨平，使两个所述板材拼接起来不会存在明显的缝隙，并对所述板材进行清理，包括对表面氧化膜和油污的清除，将两个板材的侧面拼装在一起，形成I型的对接焊接坡口；步骤2：使用塞规测量坡口间隙，并预制坡口间隙，得到预制间隙的焊接试板；步骤3：采用保护气体对焊接熔池进行保护，保护气体出气管的中心对准激光的光斑，然后进行激光焊接；步骤4：经上部的纯激光焊后，对焊缝表面凹陷的部分进行盖面焊接。

【技术特征摘要】
1.一种增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将两个板材的侧面进行磨平，使两个所述板材拼接起来不会存在明显的缝隙，并对所述板材进行清理，包括对表面氧化膜和油污的清除，将两个板材的侧面拼装在一起，形成I型的对接焊接坡口；步骤2：使用塞规测量坡口间隙，并预制坡口间隙，得到预制间隙的焊接试板；步骤3：采用保护气体对焊接熔池进行保护，保护气体出气管的中心对准激光的光斑，然后进行激光焊接；步骤4：经上部的纯激光焊后，对焊缝表面凹陷的部分进行盖面焊接。2.如权利要求1所述的增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，其特征在于，步骤2中预制坡口间隙，将薄片塞进拼接起来的两个板材之间，用夹具将焊接板材固定，然后对板材拼接的间隙两端进行点焊固定，再将间隙之间的薄片取出。3.如权利要求2所述的增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，其特征在于，步骤2中薄片的厚度为0.1mm至0.6mm。4.如权利要求2所述的增大焊接熔深和改善焊缝成形的激光焊接方法，其特征在于，步骤2中点焊固定采用激光点焊的方式。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铸国，孙军浩，聂璞林，黄坚，冯凯，芦凤桂，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31