【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全位置焊接，具体而言是一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法。
技术介绍
1、野外铺装油气管道、特殊结构大型压力容器等圆环类结构件的焊接制造中，由于结构件位置不能变动，需要采用全位置焊接技术进行制造，随着上述领域对制造效率、制造质量以及服役要求等不断提升，亟需开发全位置自动化焊接技术。
2、以油气管道为例，由于是野外铺装，管道对接需要采用全位置焊接技术，环焊缝的焊接效率和质量直接决定了管道建设工程的质量和进度。由于焊接过程中不同位置下重力对熔池流动、熔滴过渡影响复杂，尤其是仰焊位置以及立焊至仰焊位置连续焊，焊缝背面极易产生内凹缺陷，降低焊接接头可靠性；工艺适应性差，对错边和对接间隙的容忍度较低，对待焊件的装配要求较高，难以实现单面焊双面成形；目前打底焊仍以手工电弧焊为主，填充可采用自动焊；国内外也推出了自动化焊技术，主要采用内外焊机双面焊技术，设备成本高、装配过程复杂，制约了焊接效率进一步提升。
3、申请号为cn202111157407.1、名称为“仰焊打底的焊接工艺方法”的专利，公开了一种仰焊打底的焊接工艺方法，该方法采用横向摆动熔化极气体保护焊+背面铜衬垫相结合的方法来解决了仰焊位置焊缝背面内凹的问题，提高了仰焊焊缝质量。该方法所采用的横向摆动熔化极气体保护焊，热源穿透能力较差，需要预设较大的对接间隙和较小的钝边厚度，这会使得电弧穿过间隙直接作用于衬垫，降低衬垫的使用寿命。此外，该专利技术仅针对仰焊位置，不能应用于不同位置连续焊接。申请号为cn201510351438.9、
4、因此，有必要提供一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接技术，提高焊接质量和效率，同时扩大工艺窗口和工艺适应性，以满足大型圆环结构的装配和施工要求。
技术实现思路
1、根据上述技术问题，而提供一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法。该专利技术的核心思想是将激光诱导电弧柔性热源焊接技术与铜衬垫相结合，其中柔性热源能够满足全位置焊接工况条件下组对精度的波动和参数波动保证具有足够宽的工艺参数窗口，而铜衬垫能够提高熔池的冷却速度以及吸附熔池金属进而消除仰焊位置附近焊缝背面的内凹缺陷。本专利技术改善了全位置焊接的工艺适应性，提高了对错边和对接间隙的容忍性，降低了焊接装配要求，增大了焊缝的背面熔宽和余高，抑制了内凹缺陷，提高了焊接接头的可靠性，可满足管线钢、钛合金等圆环结构的全位置高效自动化焊接需求。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，包括：
4、(a)、对待焊件进行装配，并调整待焊件的对接间隙和错边尺寸；
5、(b)、将带有成形槽的铜衬垫铺设于待焊件背面，同时确保焊缝与成形槽的中心线对正；铜衬垫内部中空，具有进水口和出水口，外部具有所述成形槽；
6、(c)、将铜衬垫的进水口和出水口连接水管，启动水箱冷却铜衬垫；
7、(d)、采用激光诱导电弧柔性焊接热源，进行焊接，完成打底焊、填充焊及盖面焊；
8、(e)、焊后拆除铜衬垫，打底焊焊缝背面熔宽达到3-4mm，余高达到0.5-1mm。
9、进一步地，步骤(a)中，待焊件对接间隙为0～3.00mm，错边量为0～2.00mm。
10、进一步地，待焊件厚度≤4mm时，不开坡口；待焊件厚度＞4mm时，开u型或v型坡口，钝边尺寸在4mm以内，先进行打底焊，后续进行填充焊、盖面焊。
11、进一步地，所述铜衬垫材料为纯铜，其形状与所述待焊件相适配，并与待焊件的背侧紧密贴合，成形槽正对焊缝处。
12、进一步地，成形槽的宽度为3～6mm，深度为0.25～1.50mm。
13、进一步地，成型槽的数量为多个，当一个成型槽损坏后，使用其他成型槽，避免更换整个铜衬垫。
14、进一步地，采用激光诱导电弧复合焊接热源的焊接参数根据圆环结构位置确定，满足：焊接电流为100a～320a；焊接速度为8～18mm/s；保护气流速为15～20l/min；干丝伸长量为17～22mm；光丝间距1～2mm；激光离焦量-1～+1mm；激光峰值功率为5000～8000w、脉冲宽度为2～4ms、脉冲频率为20～40hz。
15、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
16、1、本专利技术中的柔性热源能量集中、能量密度高，可增大熔深，减小熔池体积，有利于电弧力将熔池举起一定高度，为焊缝背面形成稳定余高创造条件。
17、2、采用铜衬垫后，可加快熔池凝固速率，使得被举起的熔池在向下流淌前及时凝固，从而在焊缝背面形成稳定余高。柔性热源与铜衬垫二者相结合，前者用于托举熔池，达到熔池“上的去”的目的，后者加快熔池凝固速率，确保被举起的熔池“下不来”的效果。
18、3、本专利技术所用热源为柔性热源，可对其进行灵活调控，改变能量输入、电弧形态及热源耦合方式实现精确控形控性。
19、4、本专利技术可根据实际工况条件确定合理的成型槽尺寸和形状，以完成不同的焊接作业。此外一个铜衬垫上同时设有多个成型槽，其中一个损坏时，剩余的成型槽仍可保证铜衬垫的正常使用，直至所有成型槽均遭损坏，有效提高了衬垫的使用寿命。
20、5、本专利技术可扩大工艺窗口范围，为不同位置的连续焊接创造条件。同时，提高对错边和对接间隙的容忍度，降低装配要求，为智能化和自动化焊接创造条件。
21、基于上述理由本专利技术可在全位置焊接等领域广泛推广。
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1.一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，步骤(a)中，待焊件对接间隙为0～3.00mm，错边量为0～2.00mm。
3.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，待焊件厚度≤4mm时，不开坡口；待焊件厚度＞4mm时，开U型或V型坡口，钝边尺寸在4mm以内，先进行打底焊，后续进行填充焊、盖面焊。
4.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，所述铜衬垫材料为纯铜，其形状与所述待焊件相适配，并与待焊件的背侧紧密贴合，成形槽正对焊缝处。
5.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，成形槽的宽度为3～6mm，深度为0.25～1.50mm。
6.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，成型槽的数量为多个，当一个成型槽损坏后，使用
7.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，采用激光诱导电弧复合焊接热源的焊接参数根据圆环结构位置确定，满足：焊接电流为100A～320A；焊接速度为8～18mm/s；保护气流速为15～20L/min；干丝伸长量为17～22mm；光丝间距1～2mm；激光离焦量-1～+1mm；激光峰值功率为5000～8000W、脉冲宽度为2～4ms、脉冲频率为20～40Hz。
...【技术特征摘要】
1.一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，步骤(a)中，待焊件对接间隙为0～3.00mm，错边量为0～2.00mm。
3.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，待焊件厚度≤4mm时，不开坡口；待焊件厚度＞4mm时，开u型或v型坡口，钝边尺寸在4mm以内，先进行打底焊，后续进行填充焊、盖面焊。
4.根据权利要求1所述的一种圆环结构激光诱导电弧柔性热源全位置自动化焊接方法，其特征在于，所述铜衬垫材料为纯铜，其形状与所述待焊件相适配，并与待焊件的背侧紧密贴合，成形槽正对焊缝处。
5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋刚，刘黎明，张兆栋，王红阳，韩荣豪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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