激光焊接方法技术

一种激光焊接方法，在两个待焊工件上分别铣削加工单边坡口；把两个待焊工件清理后组对装配对齐；用激光摆动填丝焊方法在热导焊模式下进行非穿透焊接，只用焊丝金属把试板上部坡口填充满，获得有明显余高的第一道填丝焊缝；用激光自熔焊方法在小孔焊模式下进行全穿透焊接，激光束同时穿透第一道填丝焊缝和整个工件厚度，获得第二道全穿透焊缝。在第二道全穿透焊接过程中上部第一道填充金属部分熔化并在熔池对流作用下向下部运动，在表面张力作用下最终焊缝上表面余高仅略有减小、下表面形成明显余高。明显余高。明显余高。

【技术实现步骤摘要】
激光焊接方法


[0001]本专利技术涉及激光烧蚀
，特别是一种激光焊接方法。

技术介绍

[0002]焊缝的表面成型控制、表面变形、整体热输入要求越来越严格，其中焊缝背面余高不足和焊缝气孔缺陷问题较多的问题在焊接过程当中一直存在。焊缝余高不足和焊缝气孔。缺陷成为困扰焊接过程中的一大问题，也容易产生气孔等缺陷，应力集中等问题，因此余高是焊接工艺的需要。传统电弧焊接方法由于焊接残余变形大和加工效率等原因常常无法满足新结构对精度和强度的要求，限制了结构创新设计的发挥空间。激光焊接具有能量密度高、热输入少、加热区小、残余变形小、焊缝深宽比大和易于实现自动化等优点，近年来发展很快。但是，激光焊接在航天飞行器结构的焊接制造中目前应用还比较少。中厚度板材的大尺寸钝边“两道”激光焊接是一种高效的焊接方法。中厚板金属结构在航天、化工、船舶、交通车辆、石油管道等领域广泛应用，因此中厚度金属板材焊接质量和焊接效率是倍受制造业关注的普遍问题。
[0003]长期以来，中厚度金属板材焊接最常用的方法是开坡口后采用多层多道填丝焊方法，采用的焊接热源通常为穿透力较小的电弧热源，其坡口根部的钝边高度通常为1～2mm以确保电弧热源可以完全熔透根部区域。较小的钝边高度导致需要填充的坡口空间较大。目前，中厚度板电弧焊接时层数和每层道次数量多，焊缝金属填充量大，导致焊接效率低、焊接变形大、焊接区反复加热后性能严重下降及层间缺陷多等问题。大功率激光焊接具有能量密度高、穿透力强，焊缝深孔比大的显著优点。以10kW多模光纤激光器为例，其一次性可以轻松穿透厚度约10mm的低合金钢板，形成可与电子束焊相媲美的深而窄的焊缝。利用激光焊这一优势，国内外研究者提出了一种大尺寸钝边高度的中厚度板激光焊接方法，该方法“自下而上”进行焊接，先采用全穿透焊模式实现下部大尺寸钝边对接区域的自熔焊接，然后在通过填丝焊接把上表面附近的坡口区域填充满、并在上表面形成焊缝余高，从而获得完整的焊接接头。和单道激光全穿透自熔焊接相比，该方法由于在上表面附近填充焊丝焊接而获得了带有焊缝余高的良好焊缝成形。和电弧焊相比，采用钝边高度增大后需要填充的坡口空间大幅减小，焊接层数大幅减少，焊接变形显著降低，焊接效率大大提高。然而，这种“自下而上”的中厚度板激光焊接方法在实际使用中被发现存在很多问题：
[0004]首先，“自下而上”进行焊接时，第一道下部激光穿透焊焊接质量对装配间隙非常敏感，对焊前工件加工尺寸要求高、对装配质量要求高，对于复杂形状结构来说这将导致超差工件数量增大，效率降低、成本增大。工件组对时零装配间隙几乎是不可能的，同时在焊接路径下装配间隙通常不可能是恒定的，而是随机变化的。大功率多模激光器光斑直径大多在0.2～0.4mm范围内，间隙的存在及其随机变化将导致激光能量吸收率的降低的波动变化，最终导致焊缝成型质量的不稳定。
[0005]其次，“自下而上”进行焊接时，在第一道穿透焊过程中熔池金属总高度小于试板厚度，导致在表面张力作用下熔池液态金属总体呈现出向上移动的倾向，最终形成焊缝下
表面凹陷。焊缝下表面的凹陷形貌将削弱焊接接头的承载能力，尤其是对于航天、化工等领域在严酷工况服役的焊接结构来说，焊缝下表面凹陷是不被允许的。
[0006]再其次，“自下而上”进行焊接时，第二道非穿透激光填丝焊接中“光
‑
丝
‑
熔池
‑
等离子体”之间相互作用复杂，熔滴过渡和熔池流动行为复杂、熔池稳定性差，导致气孔率较高。
[0007]最后，第二道非穿透激光填丝焊的焊丝成分通常和母材成分有差异，或者焊丝中提高塑韧性的有益元素的种类和含量不同，或者焊丝中C、S、P等有害元素含量的控制更加严格。“自下而上”进行焊接时，焊丝熔融金属只能填充上部坡口和改善上部焊缝金属塑韧性，焊缝下部金属是母材自身熔化后重新凝固而形成的，因此无法通过填充焊丝来改善焊缝下部金属的塑韧性。
[0008]在
技术介绍
部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0009]针对所述现有技术存在的不足或缺陷，提供了激光焊接方法。摈弃从焊缝根部开始焊接填充金属、最后完成上表面焊缝焊接填充的“自下而上”的传统焊接方案，采用先形成上部焊缝的“自上而下”逆向施工方案进行焊接，第一道焊接过程中填充焊丝，从而允许工件组对后存在较大装配间隙第一道焊接后使焊接区厚度大于母材厚度，然后再穿透焊接区下表面，在表面张力作用下焊缝上、下表面都可以形成余高，从而消除了焊缝下表面凹陷的现象；全穿透焊时产生气孔的倾向小，同时从熔第一道非穿透焊焊缝促进第一道焊缝中气孔逸出，从而有效抑制最终焊接接头气孔缺陷；第一道非穿透焊焊缝从熔后在熔池对流作用下焊丝金属的有益合金元素成分可以遍布焊缝的全厚度范围，有利于改善焊缝下部金属塑韧性。
[0010]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0011]一种激光焊接方法包括，
[0012]两个待焊工件上的焊缝部位的上表面和下表面通上保护气，焊缝部位的上表面设有坡口；
[0013]焊接所述焊缝部位的上表面的坡口位置，填充满焊缝部位的上表面的坡口以获得第一道填丝焊缝，第一道填丝焊缝高于所述焊缝部位上表面；
[0014]激光束全穿透焊接，同时穿透第一道填丝焊缝和待焊工件位于焊缝部位的全厚度以获得第二道全穿透焊缝，第二道全穿透焊缝的上表面和下表面都形成余高，所述全厚度为焊缝部位的上表面至下表面的待焊接厚度。
[0015]所述方法中，采用激光摆动填丝焊接方法在热导焊模式下焊接所述焊缝部位上表面的坡口位置以获得第一道填丝焊缝。
[0016]所述方法中，采用激光自熔焊接方法在小孔焊模式下进行全穿透焊接以获得第二道全穿透焊缝。
[0017]所述方法中，待焊工件为5～25mm厚度的金属板材，坡口的钝边高度为5～10mm，第一道激光填丝摆动焊接的填丝量使得在填满坡口空间和下部对接间隙空间的基础上还能在待焊工件上表面和下表面都分别形成0.5～1.5mm的余高。
[0018]所述方法中，激光全穿透自熔焊接方法一次性同时穿透上表面的第一道填丝焊缝和下部钝边区域时，在熔池中形成贯穿全厚度的匙孔，匙孔后为熔池中气泡的脱离和逸出提供通道激光束以板厚的5％～15％的幅度做横向摆动以搅拌熔池，熔池金属围绕匙孔流动，熔池上部和下部之间发生材料的对流交换。
[0019]所述方法中，两个待焊工件上分别铣削加工单边坡口，两个待焊工件上的单边坡口装配对齐构成待焊工件的焊缝部位的坡口。
[0020]所述方法中，两个待焊工件上分别铣削加工单边坡口，两个待焊工件打磨清理后组对装配对齐后装夹固定以构成待焊工件的焊缝部位的坡口。
[0021]所述方法中，保护气为氩气。
[0022]所述方法中，焊接所述焊缝部位的上表面的坡口位置前，机器人将焊接头送到到待焊工件的焊接部位进行，机器人和焊接头姿态规划、焊接路径规划；不发出激光情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接方法，其特征在于，其包括，两个待焊工件上的焊缝部位的上表面和下表面通上保护气，焊缝部位的上表面设有坡口；焊接所述焊缝部位的上表面的坡口位置，填充满焊缝部位的上表面的坡口以获得第一道填丝焊缝，第一道填丝焊缝高于所述焊缝部位上表面；激光束全穿透焊接，同时穿透第一道填丝焊缝和待焊工件位于焊缝部位的全厚度以获得第二道全穿透焊缝，第二道全穿透焊缝的上表面和下表面都形成余高，所述全厚度为焊缝部位的上表面至下表面的待焊接厚度。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，优选的，采用激光摆动填丝焊接方法在热导焊模式下焊接所述焊缝部位上表面的坡口位置以获得第一道填丝焊缝。3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，采用激光自熔焊接方法在小孔焊模式下进行全穿透焊接以获得第二道全穿透焊缝。4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，待焊工件为5～25mm厚度的金属板材，坡口的钝边高度为5～10mm，第一道激光填丝摆动焊接的填丝量使得在填满坡口空间和下部对接间隙空间的基础上还能在待焊工件上表面和下表面都分别形成0.5～1.5mm的余高。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，激光全穿透自熔焊接方法一次性同时穿透上表面的第一道填丝焊缝和下部钝边...

【专利技术属性】
技术研发人员：解妙霞，吕宗阳，张黎旭，王小璇，吴军，姚飞龙，张龙，向程雨，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：