CN113695744A - 能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，涉及激光焊接技术领域，该方法包括以下步骤：S10，坡口设计，在两个待焊接件之间加工出坡口；S20，焊前准备，将两个待焊接件固定在工作台上，利用保护气对坡口进行清理；S30，预焊，将焊丝送入坡口的底部，激光束对焊丝和待焊接件进行预焊将焊丝固定在坡口的底部，预焊采用正离焦的激光束进入坡口焊接；S40，连续焊，负离焦的激光束进入坡口进行焊接，焦点位于焊丝的内部。本发明通过采用正离焦激光束的预焊与负离焦激光束的连续焊相结合对窄间隙激光填丝焊接时，在降低焊接功率的同时，仍能够保证窄间隙的侧壁熔合和窄间隙激光填丝焊接的焊接强度。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，更具体的说是涉及一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法。
背景技术
厚板焊接结构在船舶制造、海洋工程、核电设备、航空航天等领域有着广泛应用，尤其在核电设备领域厚板应用最多，板厚范围也最大，比如反应堆压力容器多采用大厚度不锈钢板焊接而成，而有些容器壁厚最高可达250mm。目前厚板焊接的方法主要是氩弧焊(TIG)、窄间隙埋弧焊和窄间隙熔化极气体保护焊。由于这些焊接方法的热输入量大，焊接接头组织较粗大，接头残余应力及变形大。
相比常规焊接方法，窄间隙激光填丝焊接方法结合了激光焊和窄间隙焊的双重优势，具有热输入小、焊接热影响区及焊接变形小等优点，作为一种高效的厚板焊接方法，越来越受到重视。已有的厚板的窄间隙激光填丝焊接技术多采用聚焦光斑作用于焊丝，通过深熔焊接模式将焊丝熔化填充间隙形成焊缝。此方法可焊接的板厚范围较小，且易出现焊接气孔及底部未熔合等缺陷。这是由于激光光束发散角的存在，间隙宽度必须要足够大才能保证光束不被坡口上端表面或侧面阻挡而作用于坡口底部。随着所焊板厚的增加间隙宽度随之增大。但当间隙较大时，由于激光能量高度集中，激光焊的熔宽有限，所以会出现侧壁未熔合缺陷。现有技术中如专利CN103801833B和专利CN108705195A均是通过离焦量为正离焦的方式焊接，使激光束进入待焊工件窄间隙坡口，同时作用于坡口底部及侧壁，进而解决在窄间隙焊接过程中所发生的侧壁未熔合的缺陷，但是，当激光束的离焦量采用正离焦时，激光焊的焊接强度会有所下降，因此需要通过增加光纤激光器的输出功率来保证焊接强度，导致在激光器的选择方面有大功率的要求，无疑增加了光纤激光器的选择成本。
因此，如何提供一种能够通过小功率的光纤激光器对窄间隙进行激光焊接，同时能够保证窄间隙侧壁熔合，并能保证焊接强度的能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，旨在解决上述背景技术中的技术问题之一，通过小功率的光纤激光器能够对窄间隙的侧壁进行融合，并能保证窄间隙的焊接强度，进而在保证焊接强度的前提下，能够降低光纤激光器的选择成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，该方法包括以下步骤：
S10，坡口设计，在两个待焊接件之间加工出坡口；
S20，焊前准备，将两个待焊接件固定在工作台上，利用保护气对所述坡口进行清理；
S30，预焊，将焊丝送入所述坡口的底部，激光束对焊丝和待焊接件进行预焊将焊丝固定在所述坡口的底部，预焊采用正离焦的激光束进入所述坡口焊接；
S40，连续焊，负离焦的激光束进入所述坡口进行焊接，焦点位于焊丝的内部；
其中，预焊过程和连续焊过程均向焊接点吹保护气。
进一步地，预焊时的焊接功率小于连续焊时的焊接功率。
进一步地，所述预焊采用点焊、间隔焊或螺旋焊。
进一步地，所述坡口的截面形状为I型、U型或V型。
进一步地，所述预焊形成预焊熔池，预焊熔池包括部分焊丝区域以及焊丝两侧的坡口侧壁上的待焊接件的部分区域。
进一步地，所述连续焊形成焊接熔池，所述焊接熔池包括焊丝区域以及焊丝底部两个待焊接件的部分区域和坡口侧壁的部分区域。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，通过在两个待焊接件之间设置坡口，通过预焊的方式将焊丝固定在坡口的底部，其次利用大功率、负离焦激光束的焊接方式对坡口底部的焊丝进行焊接，使得焦点处于焊丝的内部，进而能够将焊丝以及焊丝底部和两侧的待焊接件热熔形成焊接熔池，相比现有技术中，本发明采用正离焦激光束的预焊与负离焦激光束的连续焊相结合对窄间隙激光填丝焊接时，在降低焊接功率的同时，仍能够保证窄间隙的侧壁熔合和窄间隙激光填丝焊接的焊接强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的待焊接件与焊丝在未焊接前的结构示意图；
图2为本发明提供的预焊焊接过程的结构示意图；
图3为本发明提供的连接焊焊接过程的结构示意图；
图4为本发明提供的预焊采用间隔焊的俯视图；
图5为本发明提供的预焊采用螺旋焊的俯视图；
图6为本发明提供的结构连接焊焊接完成后的俯视图。
其中：1为待焊接件；2为坡口；3为保护气喷嘴；4为送丝***；5为焊丝；6为激光束；7为预焊熔池；8为焊接熔池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-6，其中，图中的箭头方向为焊接方向，本发明实施例公开了一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，该方法包括以下步骤：
S10，坡口设计，在两个待焊接件1之间加工出坡口2，坡口2的截面形状为I型、U型或V型，优选为截面形状为V型的坡口2；
S20，焊前准备，将两个待焊接件1固定在工作台上，利用保护气对坡口2进行清理，防止坡口2内留有杂质，影响后续焊接质量，其中，保护气通过保护气喷嘴3吹向坡口2区域，保护气优选为99.999％的高纯氩气作为保护气，在另一些实施例中，也可以选择其他惰性气体作为保护气，例如氮气或氦气；
S30，预焊，利用送丝***4将焊丝5送入坡口2的底部，坡口2底部的宽度大于焊丝5的直径，且焊丝5的底部能够与坡口2的底部接触，激光束6对焊丝5和待焊接件1进行预焊，实现将焊丝5固定在坡口2的底部，预焊采用正离焦的激光束6进入坡口2焊接，其中，预焊采用点焊、间隔焊或螺旋焊，螺旋焊即为正弦式连续焊，在预焊过程中，焊接功率较小，预焊的目的在于将焊丝5固定在坡口2的底部便于后续连续焊，预焊形成预焊熔池7，预焊熔池7包括部分焊丝区域以及焊丝5两侧的坡口2侧壁上的待焊接件部分区域，部分焊丝区域为预焊过程中将焊丝5熔化的区域，预焊过程并未将焊丝5的整个截面区域完全熔化，只是将焊丝5的上部分区域与焊丝5两侧坡口2的待焊接件1熔合在一起，以实现将焊丝5固定在坡口2的底部；
S40，连续焊，负离焦的激光束6进入坡口2进行焊接，激光束6的焦点位于焊丝5的内部，连续焊采用负离焦的激光束6进行焊接，目的在于以焊丝5为中心形成较大区域的焊接熔池8，保证焊丝5的两侧和底部的待焊接件1能够熔合并形成一个整体，进而保证焊接强度；
其中，在预焊过程和连续焊过程均向焊接点吹保护气，具体地，保护气通过保护气喷嘴3吹向焊接点，保护气优选为99.999％的高纯氩气，高纯氩气的作用能够使待焊接件1在焊接过程中免受氧化、免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射以及对高功率激光焊接过程产生的等离子驱散和屏蔽，进而保证焊接质量。
在本实施例中，预焊时的焊接功率小于连续焊时的焊接功率，通过正离焦激光束6的预焊与负离焦激光束6的连续焊相结合，能够保证窄间隙激光填丝焊接在降低焊接功率的同时，即对光纤激光器的输出功率要求降低，仍能够保证窄间隙的侧壁熔合和窄间隙激光填丝焊接的焊接强度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S10，坡口设计，在两个待焊接件之间加工出坡口；
S20，焊前准备，将两个待焊接件固定在工作台上，利用保护气对所述坡口进行清理；
S30，预焊，将焊丝送入所述坡口的底部，激光束对焊丝和待焊接件进行预焊，将焊丝固定在所述坡口的底部，预焊采用正离焦的激光束进入所述坡口焊接；
S40，连续焊，负离焦的激光束进入所述坡口进行焊接，焦点位于焊丝的内部；
其中，预焊过程和连续焊过程均向焊接点吹保护气。
2.根据权利要求1所述的一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，预焊时的焊接功率小于连续焊时的焊接功率。
3.根据权利要求1或2所述的一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，所述预焊采用点焊、间隔焊或螺旋焊。
4.根据权利要求1所述的一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，所述坡口的截面形状为I型、U型或V型。
5.根据权利要求1所述的一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，所述预焊形成预焊熔池，预焊熔池包括部分焊丝区域以及焊丝两侧的坡口侧壁上的待焊接件的部分区域。
6.根据权利要求1所述的一种能量拘束型窄间隙激光填丝焊接方法，其特征在于，所述连续焊形成焊接熔池，所述焊接熔池包括焊丝区域以及焊丝底部两个待焊接件的部分区域和坡口侧壁的部分区域。
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