一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统，通过将基层板材与覆层板材放置于真空舱内操作平台上组成待焊复合板材并进行装夹固定，抽空真空舱内空气并输入惰性气体，根据实际需要设定焊接速度、焊接功率、离焦量，激光斑形状、激光焊接头摆动幅度和摆动频率等焊接参数，设于真空舱内的行走机构带动操作平台使焊缝在光斑的相对运动轨迹覆盖下，通过真空环境下激光重熔焊缝表面改性，增加熔透深度，提高焊缝强度，完成焊接后继续输入惰性气体并保持压强在一段时间内不变，输入空气后打开舱门完成焊接工作。本发明专利技术的方法在相同的激光功率条件下达到更大的熔透深度，实现大熔深焊缝一次成形，大大提高焊接效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统


[0001]本专利技术属于焊接
，更具体地，涉及一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统。

技术介绍

[0002]大厚度异种材料焊接后进行轧制是一种常用的大厚度复合板制造方法，被广泛应用于化学油轮、压力容器和管道等领域。这种连接方法可以使不同材料发挥各自的优势，但此类复合板焊接的焊缝一般深度较大，且结构复杂，因此焊接难度大，其质量与效率也较难保证。因此如何提升复合板焊缝的质量及焊接效率，是一个较为复杂的系统工程。
[0003]中国专利CN105127566A公开了一种大厚度碳钢—不锈钢复合板的全焊透焊接方法，该方法采用埋弧焊进行多层多道焊接，解决了现有技术这种大厚度板焊接出现过渡层裂纹,基层难以清根,焊接接头未熔合,不牢固等质量问题，实现了60
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250mm的大厚度碳钢—不锈钢复合钢板,并且焊接接头质量优异。中国专利CN112008194A公开了一种复合钢板焊接工艺。该方法在基材和开双面U形坡口，采用手工电弧多层焊接法避免了覆层母材出现渗碳现象，满足了复合层晶间腐蚀要求保证了焊缝质量。但是以上两种方法都属于多层多道焊接，且需要进行坡口加工，因此焊接效率非常低。中国专利CN11260916A公开了一种复合钢板及其爆炸焊接生产方法，该方法采用爆炸焊，其复合钢板具有耐腐蚀、耐高温、强韧性匹配好及整体性能高的特性，且生产方法简单实用高效便捷。但是爆炸焊具有一定的危险性，需要特殊的场地要求，且不适合复杂结构的复合钢连接，焊接质量也难以保证。<br/>[0004]激光作为高能束的一种，具有较强的穿透能力，而且具有热输入低，焊接变形小，焊接速度快，无需开坡口，焊接效率高等优势，可取代常规的爆炸焊、手工电弧焊及埋弧自动焊等焊接方法；但是在大厚度焊接领域，激光焊接过程仍然十分不稳定，剧烈的羽辉与金属蒸汽导致激光能量无法被焊接材料稳定高效的吸收，因此很难达到理想的焊接深度，限制了激光焊接技术的广泛应用。

技术实现思路

[0005]针对现有激光焊接技术在大厚度焊接领域焊接不稳定、难达到理想的焊接深度，本专利技术提供一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统，通过在真空环境下采用摆动激光的方式达到更大的熔透深度，同时使焊缝规律性增加，提高全尺寸焊缝的稳定性，实现了激光焊接技术应用于大厚度异质材料焊接上突破。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，包括以下步骤：
[0007]S1：异质材料焊前处理：将待焊接异质材料的焊接接触面进行打磨、酸洗或激光清洗处理；
[0008]S2：装夹及焊接机构动态调节：将异质材料置于真空舱内的操作平台上装夹固定，调整激光器输出光斑调尺寸及形状，将光斑对准焊缝起始点，通过对操作平台连接的行走
机构的设定实现光斑与复合板材固定轨迹的相对移动，并确保光斑行走轨迹覆盖整个焊缝区域；
[0009]S3：高真空度环境处理：对所述真空舱进行抽真空处理直至达到对应异质材料焊接熔深指定真空度后，同时对所述真空舱充入高纯度惰性气体，同时调节舱内进气、抽气动态平衡，获得1000Pa以下的真空环境；
[0010]S4：焊接工艺参数确定：根据实际焊缝形状、尺寸以及性能需求，设置相应的激光加工参数，所述激光加工参数包括加工速度、激光功率、离焦量、光斑形状、摆动幅度和摆动频率，摆动幅度和较低的摆动频率确保在不影响熔透深度的前提下增加匙孔开口大小，使激光可以更好的接触匙孔底部；
[0011]S5：大熔深及深宽比焊缝焊接：完成参数设定工作后开始进行真空激光重熔表面改性，完成重熔后保持真空舱内压强在一段时间内不变用于防止高温焊缝表面与空气迅速反应，然后关闭保护气进气阀、泵组、挡板阀，打开空气进气阀直至大气压强，打开舱门，取出焊后复合板材，完成真空环境下大厚度复合板材高质量焊接。
[0012]进一步地，所述指定真空度范围为100～1000Pa。
[0013]进一步地，所述高纯度惰性气体水分含量在1000ppm以下，其纯度在99.9％以上，其流量在10L/min以下。
[0014]进一步地，所述激光的部分工艺参数配置如下：焊接速度在0.1m/min～1m/min，焊接功率为5～50kW，离焦量为
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30mm～0mm，光斑的摆动幅度为0.1～1mm，摆动频率为20～150Hz。
[0015]焊接速度0.6m/min，激光功率为5kW，离焦量为0mm，光斑形状为垂直于焊接方向的8字形光斑，摆动幅度为0.5mm和摆动频率为100Hz。
[0016]进一步地，完成重熔后继续输入惰性气体保持真空舱3内压强不变，持续时间为3min以上。
[0017]根据本专利技术的另一方面，还提供一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接系统，包括：用于抽真空的抽真空机构和输入惰性气体的惰性气体输入机构；用于提供高真空度焊接环境的真空舱，所述真空舱内设有用于夹持大厚度异质待焊接材料的操作平台，所述真空舱上设有与所述抽真空机构相连用于接通或切断真空管路中气流的电控挡板阀，与惰性气体输入机构相连用于接通或切断输入惰性气体的保护气进气阀，以及接通或切断外界环境向真空舱内输入空气的空气进气阀；用于实现所述大厚度异质待焊接材料运动的行走机构，该行走机构与所述操作平台连接并带动所述操作平台进行多种运转动作；以及与所述大厚度异质待焊接材料的焊缝相匹配的激光焊接单元，其包括激光器、激光焊接头及机器人，所述机器人控制激光焊接头摆动且与所述行走机构匹配，通过激光器输出匹配功率实现对大厚度异质待焊接材料的大熔深焊缝一次成形。
[0018]进一步地，所述真空舱内设有气压传感器。
[0019]进一步地，所述激光焊接单元的焊接参数配置如下：焊接功率为5～50kW，离焦量为
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30mm～0mm，光斑的摆动幅度为0.1～1mm，摆动频率为20～150Hz。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0021]1.本专利技术的一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，通过提供1000Pa以下
的真空环境可以使焊缝熔深相较常压环境提高一倍，在相同的激光功率条件下达到更大的熔透深度，实现大熔深焊缝一次成形，大大提高焊接效率，并且焊缝深宽比更高，可达到3:1；相比电弧和常规激光焊，更小的热输入促进等轴晶的生成提高了焊缝强度；进一步地选用了较低的焊接速度、较高的激光功率和一定范围内的离焦量增加熔透深度。在真空环境加入摆动激光的方式打破了传统摆动激光焊接熔透能力的束缚：较小的摆动幅度和较低的摆动频率可以在不影响熔透深度的前提下增加匙孔开口大小，使激光可以更好的接触匙孔底部，达到增加熔深的效果；另外通过摆动激光使焊缝规律性增加，提高全尺寸焊缝的稳定性，实现了激光焊接技术应用于大厚度异质材料焊接上突破。
[0022]2.本专利技术的一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，通过在真空环境下进行焊接降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：异质材料焊前处理：将待焊接异质材料的焊接接触面进行打磨、酸洗或激光清洗处理；S2：装夹及焊接机构动态调节：将异质材料置于真空舱(3)内的操作平台(4)上装夹固定，调整激光器输出光斑调尺寸及形状，将光斑对准焊缝(6)起始点，通过对操作平台(4)连接的行走机构的设定实现光斑与复合板材固定轨迹的相对移动，并确保光斑行走轨迹覆盖整个焊缝(6)区域；S3：高真空度环境处理：对所述真空舱(3)进行抽真空处理直至达到对应异质材料焊接熔深指定真空度后，同时对所述真空舱(3)充入高纯度惰性气体，同时调节舱内进气、抽气动态平衡，获得1000Pa以下的真空环境；S4：焊接工艺参数确定：根据实际焊缝(6)形状、尺寸以及性能需求，设置相应的激光加工参数，所述激光加工参数包括加工速度、激光功率、离焦量、光斑形状、摆动幅度和摆动频率，摆动幅度和较低的摆动频率确保在不影响熔透深度的前提下增加匙孔开口大小，使激光可以更好的接触匙孔底部；S5：大熔深及深宽比焊缝焊接：完成参数设定工作后开始进行真空激光重熔表面改性，完成重熔后保持真空舱(3)内压强在一段时间内不变用于防止高温焊缝(6)表面与空气迅速反应，然后关闭保护气进气阀、泵组、挡板阀，打开空气进气阀直至大气压强，打开舱门，取出焊后复合板材，完成真空环境下大厚度复合板材高质量焊接。2.根据权利要求1所述的一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，其特征在于，所述指定真空度范围为100～1000Pa。3.根据权利要求2所述的一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，其特征在于，所述高纯度惰性气体水分含量在1000ppm以下，其纯度在99.9％以上，其流量在10L/min以下。4.根据权利要求3中所述的一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，其特征在于，所述激光的部分工艺参数配置如下：焊接速度在0.1m/min～1m/min，焊接功率为5～50kW，离焦量为
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30mm～0mm，光斑的摆动幅度为0.1～1mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦宾，姜梦，陈曦，姜楠，何崇文，李方志，
申请(专利权)人：哈尔滨工大焊接科技有限公司，
类型：发明
国别省市：