一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法

摘要

本发明公开了一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法，属于激光加工技术领域。本发明解决现有厚板窄间隙激光填丝焊接过程中焊缝中心处易产生结晶裂的问题。本发明在窄间隙坡口的多道填充焊接过程中，采用前束激光作为熔化焊丝的主热源，用于实现窄间隙坡口的焊接填充，前束激光可采用较大激光光斑或者采用激光摆动的方式，控制焊缝中的气孔以及侧壁未熔合等缺陷；后束激光作为热补偿辅助热源，用于控制大送丝量填充时形成大深宽比激光焊缝的熔池凝固顺序，实现自下而上的梯度顺序凝固，防止产生焊接结晶裂纹，来提高该焊接工艺方法的效能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法，属于激光加工技术领域。

背景技术

窄间隙焊接技术在厚板焊接技术中熔敷效率优势显著，其中，厚板窄间隙激光填丝焊接方法是一种高效优质的焊接技术，兼顾了窄间隙焊接和激光焊接的优点，既有窄间隙坡口所需填充较少的金属，又克服了传统电弧焊的热损伤大、焊缝晶粒粗大、焊接效率低等缺点。但是采用该方法焊接厚板时，由于坡口宽度较小，在较大的填充量时，导致单层焊缝的熔化金属在深度方向较大，焊缝深宽比大(即焊缝成形系数较小)，由于焊缝底部以及两侧的凝固速度较快，焊缝中心的凝固速度最慢，在凝固后期，在焊缝中心偏上的位置缺少液态金属的补充，最终形成结晶裂纹。因此，提供一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法来提高焊接效率以及焊接质量是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有厚板窄间隙激光填丝焊接过程中焊缝中心处易产生结晶裂的问题，提供一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法。

本发明的技术方案：

一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法，该方法为：沿着焊接方向前后排列前束激光P

进一步限定，前束激光P

更进一步限定，前束激光P

进一步限定，后束激光P

进一步限定，前束激光P

进一步限定，窄间隙坡口为U型，坡口根部间距2mm-5mm，单边角度1°-3°。

进一步限定，前束激光P

进一步限定，焊丝直径Φ0.8mm-Φ1.2mm，焊丝与工件表面的夹角θ

本发明具有以下有益效果：本发明提出一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法，在窄间隙坡口的多道填充焊接过程中，采用前束激光作为熔化焊丝的主热源，用于实现窄间隙坡口的焊接填充，前束激光可采用较大激光光斑或者采用激光摆动的方式，控制焊缝中的气孔以及侧壁未熔合等缺陷；后束激光作为热补偿辅助热源，用于控制大送丝量填充时形成大深宽比激光焊缝的熔池凝固顺序，实现自下而上的梯度顺序凝固，防止产生焊接结晶裂纹，来提高该焊接工艺方法的效能。此外，本发明还具有以下有益效果：

(1)本发明提供的双光束激光梯度冷却控制高效填充焊接工艺，可以选择大送丝量填充，提升单层填充焊道的熔敷金属量，提高单道填充效率，有效抑制了焊缝中心位置的结晶裂纹；

(2)本发明前光束采用较大激光光斑或者激光摆动，解决窄间隙焊接中的气孔较多以及侧壁未熔合缺陷。

附图说明

图1为本发明窄间隙双光束激光填丝焊接过程示意图；

图2为本发明填充焊接过程中双光束梯度冷却控制裂纹原理图；

图3为实施例1中坡口设计示意图；

图4为实施例2中坡口设计示意图；

图中1-前束激光，2-后束激光，3-保护气装置，4-焊接熔池，5-焊缝，6-工件，7-焊丝，8-焊缝横截面，9-裂纹。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。

本发明通过以下技术方案实现：

在窄间隙坡口的多道填充焊接过程中，如图1和图2所示，焊丝从激光前端填充，激光采用“前主后辅”的双光束激光热源模式，前束激光作为熔化焊丝的主热源，与工件的夹角θ

实施例1：

进行厚度为120mm高强钢厚板的焊接，具体焊接过程如下：

步骤一：试验母材为10Ni5CrMoV高强钢，型材状态为调质状态，板材规格为500×200×120mm，接头形式为双侧对接接头，如图3所示，开设1°坡口，坡口根部间隙为3.2mm，坡口钝边为40mm厚。所用焊丝为直径Φ1.2mm的JS80焊丝。

步骤二：采用万瓦级高功率激光深熔焊实现大厚度钝边的双面双道熔透焊接，实现高效打底焊接；采用双光束激光梯度冷却控制高效填充焊接工艺，选择大送丝量填充，提升单层填充焊道的熔敷金属量，提高单道填充效率。实施过程中的双面双道打底焊的焊接参数：焊接速度1.0m/min，前束激光功率3kW，激光束与工件夹角为80°，后束激光功率20kW，激光束与工件夹角为80°，两束激光间距10mm，采用高纯氩气保护，保护气流量为20L/min。

步骤三：填充焊的焊接参数：采用前送丝，焊接速度0.5m/min，前束激光功率6kW，激光束与工件夹角为80°，后束激光功率2kW，激光束与工件夹角为80°，两束激光间距10mm，送丝速度为6m/min采用高纯氩气保护，保护气流量为20L/min。

焊后工件焊接变形小，X射线探伤显示焊缝质量满足产品设计要求，焊接过程熔覆效率是单光束窄间隙激光填丝焊接2倍。

实施例2：

进行厚度40mm高强钢厚板的焊接，具体焊接过程如下：

步骤一：试验母材为10Ni5CrMoV高强钢，型材状态为调质状态，板材规格为500×200×40mm，接头形式为单面坡口，板厚为40mm，坡口钝边厚度为10mm，根部间隙为3.2mm，坡口角度为1°，所用焊丝为直径Φ1.2mm的JS80焊丝。

步骤二：采用万瓦级高功率激光深熔焊实现大厚度钝边的单道熔透焊接，实现高效打底焊接；采用双光束激光梯度冷却控制高效填充焊接工艺，选择大送丝量填充，提升单层填充焊道的熔敷金属量，提高单道填充效率。实施过程中的打底焊的焊接参数：焊接速度1.5m/min，前束激光功率3kW，激光束与工件夹角为80°，后束激光功率15kW，激光束与工件夹角为80°，两束激光间距10mm，采用高纯氩气保护，保护气流量为20L/min。

步骤三：填充焊的焊接参数：采用前送丝，焊接速度0.5m/min，前束激光功率6kW，激光束与工件夹角为80°，后束激光功率2kW，激光束与工件夹角为80°，两束激光间距10mm，送丝速度为6m/min采用高纯氩气保护，保护气流量为20L/min。

焊后获得了成形良好的焊接接头，X射线探伤表明焊缝质量满足产品设计要求，分两层取样进行拉伸力学性能测试，抗拉强度达到母材的90％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。