一种用于厚板的激光填丝焊的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于厚板的激光焊接方法。通过对一组厚板预开一定钝边高度的坡口并对接形成组合件，将激光束辐照所述组合件的对接位置，在前方提供以一定速度均匀输送的第一焊丝，且所述激光束直接辐照在所述焊丝端点位置，同时在后方再提供以一定速度均匀输送的第二焊丝，第二焊丝与激光束辐照位置具有间距且激光束辐照中心一定高度；通过在后方设置第二焊丝输送，能够充分利用被第一焊丝所反射的激光能量以及激光束熔化第一焊丝时形成的高温等离子体，使第二焊丝熔化，从而提升激光能量利用率并增加单次焊接时的焊缝堆高量，减少厚板焊接道次，提升制造效率；另外通过第二焊丝的熔化可以降低焊缝的冷却速度，从而改善焊缝流动性，避免焊接缺陷的产生。避免焊接缺陷的产生。避免焊接缺陷的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种用于厚板的激光填丝焊的方法


[0001]本专利技术涉及激光焊接领域，尤其涉及一种针对中厚板激光焊接抑制焊接缺陷及提升激光能量利用率，增加熔深的焊接方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]激光填丝焊被开发用来焊接大厚度工件。但是在激光填丝焊接工程中，激光束辐照在焊丝上大量的能量均被反射，虽然功率密度的增加以及随着焊丝温度的升高，焊丝对激光束的吸收率会有所升高，但仍然会有大量能量被反射浪费；同时在焊接过程中产生的大量高温等离子体能量也会造成浪费。而且在目前激光填丝焊中，由于激光束熔化焊丝的能量低，送丝速度较慢单层填充量较小，焊接厚板需要更多道次。当为了提高单层填丝厚度而提高激光功率密度，增加焊丝送丝速度后，容易在工件内部形成不稳定的小孔及焊丝熔入不稳定，而造成焊缝成型较差，内部出现未熔合、气孔及飞溅等缺陷。目前改善焊缝成型质量的方法主要是通过激光能量与焊丝速度、焊接速度等参数的匹配，或者添加诸如电磁场、超声波等能场调控，还包括例如通过摆动激光束、预先将焊丝加热软化来提高激光束能量利用率和改善焊缝成型；但是根本上均没有大幅提升激光束能量利用率，被焊丝及熔池反射的激光束并没有被有效利用。
[0004]因此，本领域的急需一种针对中厚板的节能低成本、高焊接质量的激光填丝焊接方法，以提升激光能量利用率，并改善焊接过程中飞溅、气孔、未熔合等缺陷，改善焊缝成型质量，并实现高效大堆高量焊缝的实现，更高效焊接厚板。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种解决中厚板激光填丝焊时激光束能量利用率低，单道次焊缝堆高量少，焊接缺陷多的问题，提升焊接质量和效率的方法。因此，提供一下解决方案：
[0006]提供一种用于中厚板的激光填丝焊接方法，所述方法包含以下步骤：
[0007]1)提供一对用于焊接的第一金属工件和第二金属工件，第一焊丝，第二焊丝以及用于激光焊接的激光束；将所述第一金属工件和第二金属工件分别加工出具有一定钝边高度和开口角度的坡口，且两工件均具有上下相对的第一焊接表面和第二焊接表面以及焊接侧面；将所述第一金属工件与第二金属工件侧面对接形成待焊组合件以及对接线；
[0008]2)发射激光束沿所述组合件对接线方向行进，激光束在对接位置形成辐照区域，将第一焊丝以一定速度输送至激光束辐照区域并接触组合件对接线，将第二焊丝以一定速度输送至激光束辐照区域附近；
[0009]3)将激光束、第一焊丝和第二焊丝以一定速度沿对接线前进，激光束熔化所述第一焊丝、第二焊丝以及组合件对接处，经冷却凝固后形成焊缝；
[0010]其中所述激光束辐照所述第一焊丝使其熔化并产生高温等离子体，所述激光束在辐照第一焊丝时的反射光束和高温等离子体加热第二焊丝使其熔化，第一焊丝位于焊接方向的前端，第二焊丝位于焊接方向激光束的后端；第一焊丝的送丝速度不小于5m/min，第二焊丝的送丝速度不超过第一焊丝送丝速度；且激光束在第一焊丝上的辐照功率密度不低于106W/cm2。
[0011]在一优选例中，所述第二焊丝熔化是通过激光束在第一焊丝和熔池中的反射光及形成的高温等离子体熔化来实现的。
[0012]在一优选例中，所述第二焊丝端点距离组合件对接线有高度h2，h2＞0.5mm；且端点距离激光束辐照中心具有水平间距b2，一般地b2≥1mm。
[0013]在一优选例中，所述激光束与第一焊丝之间还存在保护气，所述保护气将焊接过程中产生的高温等离子体吹向第二焊丝方向，所述保护气流量为10
‑
100L/min；
[0014]在一优选例中，所述焊接过程中包括在第一焊丝、第二焊丝输送至所述位置前所述激光束已辐照所述材料一定时间，所述时间不超过1秒，优选地为0.5秒；
[0015]在一优选例中，所述焊接过程中包括在第一焊丝、第二焊丝输送停止后所述激光束再进
[0016]行一定时间的辐照，所述时间不超过1秒，优选地为0.5秒；
[0017]在一优选例中，所述焊接过程中焊接速度为0.3
‑
1.0m/min；
[0018]在一优选例中，所述激光束与第一焊丝夹角为40
°‑
75
°
，所述第二焊丝与激光束夹角为30
°‑
70
°
；
[0019]在一优选例中，所述第二焊丝送丝速度不超过第一焊丝送丝速度的0.8倍；
[0020]在一优选例中，所述第一焊丝和第二焊丝为成分、直径相同的实芯焊丝。
[0021]技术机理：本专利技术通过在激光填丝焊时在激光束后方添加一持续输送的第二焊丝，充分利用被第一焊丝和熔池反射的激光能量熔化第二焊丝，使其填充熔入到焊缝中，提升单道焊接熔化量，在不额外增加能量输入的情况下提升单次焊接厚度，同时由于第二焊丝送丝速度慢，熔入熔池稳定并对焊缝提供一后热处理，使熔池波动减小，为熔池提供更多的热输入，熔池冷却速度降低，有助于充分熔化母材改善未熔合等焊接缺陷。
附图说明
[0022]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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。
[0023]图1为本专利技术方法所涉及焊接堆叠时的流程示意图。
[0024]图2为工件坡口形状的示意图。
[0025]图3为本专利技术方法焊接时的激光束、第一焊丝、第二焊丝及保护气体与工件的相互位置关系示意图。
[0026]图4为放大的局部激光束、第一焊丝、第二焊丝与工件表面相互位置关系的示意图。
[0027]图5为本专利技术中涉及到的激光束折线形扫描行进时的一种示意图。
[0028]图6为本专利技术中涉及到的激光束正弦型扫描行进时的一种示意图
[0029]图7为普通激光填丝焊焊缝截面成型的示意图。
[0030]图8为本专利技术方法焊丝形成及熔入过程的示意图。
[0031]图9为本专利技术方法焊缝形成的截面成型示意图。
[0032]图10为本专利技术方法焊接时的流程示意图。
[0033]附图标记：1
‑
第一金属工件；2
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第二金属工件；11
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第一金属工件顶表面；12
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第二金属工件底表面；13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中厚板的激光填丝焊接方法，所述方法包含以下步骤：1)提供一对用于焊接的第一金属工件和第二金属工件，第一焊丝，第二焊丝以及用于激光焊接的激光束；将所述第一金属工件和第二金属工件分别加工出具有一定钝边高度和开口角度的坡口，且两工件均具有上下相对的第一焊接表面和第二焊接表面以及焊接侧面；将所述第一金属工件与第二金属工件侧面对接形成待焊组合件以及对接线；2)发射激光束沿所述组合件对接线方向行进，激光束在对接位置形成辐照区域，将第一焊丝以一定速度输送至激光束辐照区域并接触组合件对接线，将第二焊丝以一定速度输送至激光束辐照区域附近；3)将激光束、第一焊丝和第二焊丝以一定速度沿对接线前进，激光束熔化所述第一焊丝、第二焊丝以及组合件对接处，经冷却凝固后形成焊缝；其中所述激光束辐照所述第一焊丝使其熔化并产生高温等离子体，所述激光束在辐照第一焊丝时的反射光束和高温等离子体加热第二焊丝使其熔化，第一焊丝位于焊接方向的前端，第二焊丝位于焊接方向激光束的后端；第一焊丝的送丝速度不小于5m/min，第二焊丝的送丝速度不超过第一焊丝送丝速度；且激光束在第一焊丝上的辐照功率密度不低于106W/cm2。2.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法，所述第二焊丝熔化是通过激光束在第一焊丝和熔池中的反射光及形成的高温等离子体熔化来实现的。3.根据权利要求2所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法，所述第二焊丝端点距离组合件对接线有高度h2，h2＞0.5mm；且端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳俊，杨上陆，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：