專利名稱：厚板t型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，屬于激光電弧復(fù)合焊 接領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著船舶、航天航空和車輛等工業(yè)向大噸位和大運(yùn)載能力方向的發(fā)展，對(duì)厚板結(jié) 構(gòu)的焊接技術(shù)，特別是厚板T型接頭的焊接變形控制、焊接接頭性能及焊接效率的要求越 來(lái)越高。對(duì)于厚板T型接頭的焊接，目前一般采用如下方式實(shí)施1、手工電弧焊它采用 CO2氣體保護(hù)焊和埋弧焊從接頭兩側(cè)順序施焊，這種方法存在的缺陷是焊縫坡口較大，焊 縫的熔覆金屬多，焊接工作量大，并且焊接時(shí)，需要焊前預(yù)熱、碳弧氣刨清根、刨槽、打磨及 焊后熱處理、焊后矯正等，工序多，造成工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且焊接變形和應(yīng)力大，焊接效率 低，焊接質(zhì)量受到影響；2、雙面雙弧焊接方法如中國(guó)專利《雙面雙弧焊焊接方法》，公開(kāi)號(hào) 為CN1603045，
公開(kāi)日為2005. 04. 06，公開(kāi)的焊接方法相對(duì)于手工電弧焊簡(jiǎn)化了焊接工序， 但對(duì)存在的焊縫坡口較大、焊縫的熔覆金屬多的問(wèn)題并未得到解決，同時(shí)它還存在電弧熔 深較小、焊接速度慢及厚板焊接時(shí)需要多層多道焊的問(wèn)題，依然存在焊接工作量大、應(yīng)力變 形不易控制及焊接效率低的問(wèn)題。上述兩種電弧焊接方法在厚板T型接頭的焊接中，由于存在的上述缺陷使其難以 滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)焊接質(zhì)量及焊接效率的要求。激光焊接由于具有高能量密度、低熱輸入量、 高焊接速度、大深寬比、焊縫熱影響區(qū)窄及焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，而越來(lái)越多的應(yīng)用于厚板T 型接頭的焊接?，F(xiàn)有針對(duì)T型接頭的激光焊接方法為1、采用單激光束從T型接頭的面板處進(jìn)行 穿透焊接或者利用單激光束與兩個(gè)電弧分別從面板與接頭兩側(cè)同步焊接，如中國(guó)專利《T 型接頭的激光-雙電弧雙面復(fù)合焊接方法》，公開(kāi)號(hào)為CN101306492，
公開(kāi)日為2008. 11. 19， 它公開(kāi)的焊接方法對(duì)于薄板T型接頭可行，采用這種方法進(jìn)行厚板T型接頭的焊接時(shí)，無(wú)法 形成穿透焊接；2、采用單激光束或雙激光束填絲或填粉焊接技術(shù)，從T型接頭兩側(cè)順序施 焊，這種方法焊接效率低，對(duì)送絲或送粉的指向性和焊接工藝要求嚴(yán)格，焊接過(guò)程不穩(wěn)定； 而且焊接熱源不對(duì)稱，應(yīng)力變形不易控制；3、采用雙光束激光分別從T型接頭兩側(cè)同步焊 接，如中國(guó)專利《T型接頭雙光束激光同步焊接方法及裝置》，公開(kāi)號(hào)為CN1586787，
公開(kāi)日
為2005. 03. 02，所公開(kāi)的內(nèi)容；或者激光-電弧兩側(cè)同步焊接，如中國(guó)專利《用于T型接頭 激光_電弧兩側(cè)同步焊接裝置》，公開(kāi)號(hào)為CN201380364，
公開(kāi)日為2010. 01. 13，所公開(kāi)的 焊接裝置，它雖然解決了焊接熱源不對(duì)稱問(wèn)題，但是送粉工藝要求嚴(yán)格，激光形成的熔池較 小，熔覆金屬量較少。總之，現(xiàn)有的激光焊接方法在薄板T型接頭焊接方面具有獨(dú)特的優(yōu) 勢(shì)，但在厚板焊接方面都不同程度地存在無(wú)法形成穿透焊接，送絲或送粉工藝要求極為嚴(yán) 格，焊接效率低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決厚板T型接頭的焊接方法中存在的焊接效率低的問(wèn)題， 提供一種厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法。本發(fā)明方法將兩把焊槍和兩束激光束鏡像設(shè)置于厚板T型接頭的立板兩側(cè)，進(jìn)行 同步激光電弧復(fù)合焊接，所述激光電弧復(fù)合焊接的過(guò)程中將焊槍靠近厚板T型接頭的待焊接部位進(jìn)行電弧焊接，使激光束的光軸和所述焊 槍的中軸線位于同一平面內(nèi)，并且均與厚板T型接頭的面板形成10° 50°的夾角α，該 激光束的光軸和該焊槍的中軸線之間形成25° 45°的夾角β，并且該激光束在待焊接 部位上的入射點(diǎn)和該焊槍的焊絲末端之間的間距D為2mm 6mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明針對(duì)船舶、航天航空和車輛等工業(yè)中廣泛應(yīng)用的厚板T 型接頭，采用雙面激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)，解決了目前厚板T型接頭的焊接方法中存在的 焊接工序多、焊接工作量大、應(yīng)力變形不易控制、焊接質(zhì)量差及焊接效率低的問(wèn)題。本發(fā)明方法在厚板T型接頭的立板兩側(cè)的復(fù)合熱源共同作用于一個(gè)熔池，使熔池 流動(dòng)更加充分，減少了焊接缺陷，焊縫成分均勻，增加了熔合面積，提高了焊接接頭的性能。 在厚板T型接頭的立板兩側(cè)對(duì)稱施焊，焊縫同時(shí)冷卻收縮，有利于應(yīng)力和變形的控制，提高 了焊接質(zhì)量。本發(fā)明方法減少了碳弧氣刨清根，刨槽，打磨等工序，縮短了工作周期，提高了 焊接效率。傳統(tǒng)電弧焊接的速度一般為0. 12m/min 0. 25m/min，本發(fā)明方法復(fù)合焊接的速 度一般在1. Om/min 2. Ocm/min之間，焊接速度提高了 4倍以上，在較低的線能量情況下 一次焊接的熔深可達(dá)15mm左右，極大的提高了焊接效率。


圖1為本發(fā)明的焊接方法中，待焊接厚板T型接頭與焊槍以及激光束之間的位置 關(guān)系示意圖，圖中標(biāo)記4所示為焊縫；圖2為厚板T型接頭的K型坡口的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施方式六中所述進(jìn)行打底焊后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意圖；圖4為實(shí)施方式六中所述進(jìn)行打底焊和填充焊后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意 圖；圖5為采用傳統(tǒng)電弧多層多道焊接方法焊接后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意 圖；圖6為采用單激光束焊接后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意圖；圖7為采用激光_雙TIG電弧雙面復(fù)合焊接方法焊接后的厚板T型接頭的焊縫形 貌示意圖；圖8為采用單激光束順序施焊方法焊接后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意圖；圖9為采用激光_電弧兩側(cè)同步焊接方法焊接后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意 圖；圖10為采用本發(fā)明焊接方法焊接后的厚板T型接頭的焊縫形貌示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式將兩把焊槍2和兩束激光束1鏡像設(shè)置于厚板T型接頭的立板32兩側(cè)，進(jìn)行同步激光電弧復(fù)合焊接，所述激光電弧 復(fù)合焊接的過(guò)程中將焊槍2靠近厚板T型接頭的待焊接部位進(jìn)行電弧焊接，使激光束1的光軸和所 述焊槍2的中軸線位于同一平面內(nèi)，并且均與厚板T型接頭的面板31形成10° 50°的 夾角α，該激光束1的光軸和該焊槍2的中軸線之間形成25° 45°的夾角β，并且該激 光束1在待焊接部位上的入射點(diǎn)和該焊槍2的焊絲末端之間的間距D為2mm 6mm。所述激光束1垂直于厚板T型接頭的面板31橫向面法向，實(shí)施焊接，所述焊接沿 厚板T型接頭的面板31橫向面法向進(jìn)行。本實(shí)施方式所述的焊接方法涉及到兩束激光和兩把焊槍2，其中一束激光和一把 焊槍2在厚板T型接頭的一側(cè)實(shí)現(xiàn)激光_電弧復(fù)合焊接，同時(shí)，在厚板T型接頭的另一側(cè)由 另一束激光和另一把焊槍2同步實(shí)現(xiàn)激光-電弧復(fù)合焊接，由此，實(shí)現(xiàn)了在厚板T型接頭的 兩側(cè)同步焊接。將厚板T型接頭的T型上面板作為面板31，將厚板T型接頭的另一面板作 為立板32。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一 步說(shuō)明，所述夾角α為45° ；所述夾角β為30°，所述間距D為3mm 4mm。其它與實(shí)施 方式一相同。在焊接技術(shù)中，一般將厚度小于4mm的板材稱為薄板，厚度在4mm 12mm之間的 板材稱為中厚板，厚度大于12mm的板材稱為厚板。本實(shí)施方式特別適合于立板32和面板 31厚度均在12mm 15mm之間的T型接頭的焊接，滿足此厚度要求的厚板T型接頭在焊接 進(jìn)行前，立板32上不必開(kāi)坡口。將面板31上與立板32相接的表面作為xy平面，立板32 上與面板31垂直的方向作為ζ軸方向，則激光束1的中軸線和焊槍2的中軸線與xy平面 呈45°夾角。所述激光束1垂直于厚板T型接頭的面板31橫向面法向，即為激光束1垂直 于χ軸。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一的 進(jìn)一步說(shuō)明，在所述激光電弧復(fù)合焊接進(jìn)行之前，對(duì)厚板T型接頭的待焊接部位進(jìn)行坡口 加工。其它與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式三的進(jìn)一 步說(shuō)明，所述坡口加工為在厚板T型接頭的立板32兩側(cè)加工K型坡口，K型坡口的鈍邊d為 12mm 15mm，K型坡口的角度θ為10° 30°。其它與實(shí)施方式三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式四的進(jìn)一步說(shuō)明，所述焊接方法重復(fù) 進(jìn)行η次，η為自然數(shù)。其它與實(shí)施方式四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1至圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式三、 四或五的進(jìn)一步說(shuō)明，所述夾角α為20° ；所述夾角β為30°，所述間距D為3mm 4mm。 其它與實(shí)施方式三、四或五相同。本實(shí)施方式特別適合立板32和面板31厚度均大于15mm的T型接頭的焊接，根據(jù) 厚板τ型接頭的厚度特點(diǎn)，需要先在厚板T型接頭的立板32兩側(cè)加工K型坡口，采用實(shí)施 方式四所述的焊接方法進(jìn)行打底焊，根據(jù)需要，重復(fù)實(shí)施所述的步驟一及步驟二，進(jìn)行一次 或者多次填充焊接，使厚板T型接頭達(dá)到最佳的焊接效果。在焊接進(jìn)行前，可將厚板T型接 頭固定在夾具上待焊。
圖5所示，厚板T型接頭的縫坡口為K型坡口，不留鈍邊，坡口角度θ為50°，可 以看出，焊縫的熔覆金屬多，需要采用多層多道焊接，焊接工作量大，焊接工序多，應(yīng)力變形 不易控制，焊接效率低；圖6所示，它是采用單激光束從厚板T型接頭的面板31進(jìn)行穿透焊 接，由于板材較厚，無(wú)法形成穿透焊接；圖7所示，采用單激光束與兩個(gè)電弧分別從面板與 接頭兩側(cè)同步焊接，由于板材較厚，也無(wú)法形成穿透焊接；圖8所示，采用單激光束或雙光 束填絲或填粉焊接技術(shù)從接頭兩側(cè)順序施焊，激光順序施焊，由圖示可以看出，這種方法很 難保持焊接接頭兩側(cè)焊縫對(duì)稱，使應(yīng)力變形不易控制；同時(shí)很難保證兩熔池熔合在一起，易 產(chǎn)生氣孔和未焊透現(xiàn)象，影響焊接接頭質(zhì)量；圖9所示，采用激光-電弧兩側(cè)同步焊接，由于 激光和電弧熱輸入不同，焊接接頭兩側(cè)焊縫不對(duì)稱，導(dǎo)致焊接應(yīng)力變形的控制難度增大。圖 10為采用本發(fā)明方法，從厚板T型接頭的立板32兩側(cè)進(jìn)行雙面激光_電弧復(fù)合同步施焊 的焊縫成形圖，在所述的雙面激光_電弧復(fù)合焊接過(guò)程中，激光和電弧形成復(fù)合熱源，激光 對(duì)電弧的引導(dǎo)作用和電弧對(duì)工件的預(yù)熱作用使焊接過(guò)程更加穩(wěn)定，極大的提高了能量利用 率。本發(fā)明方法與傳統(tǒng)電弧焊相比，焊縫坡口的尺寸減小，焊縫坡口角度可由原來(lái)的50°減 小到30°，傳統(tǒng)電弧焊接焊縫坡口無(wú)鈍邊，而本發(fā)明方法焊縫坡口鈍邊為12mm 15mm，減 少了焊縫金屬熔覆量，節(jié)省焊材，從而降低了成本。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三、四、五或六的進(jìn)一步說(shuō)明， 所述兩束激光束1為由一臺(tái)激光器采用分光技術(shù)分成兩束激光，并用光纖傳輸形成；或者 由兩臺(tái)激光器分別發(fā)射一束激光束1 ；所述激光束1為YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或者 光纖激光器；所述電弧為熔化極惰性氣體保護(hù)焊電弧(MIG)或者熔化極活性氣體保護(hù)焊電 弧(MAG)。其它與實(shí)施方式一、二、三、四、五或六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三、四、五或六的進(jìn)一步說(shuō)明， 所述激光器的功率為3kW 20kW ；所述焊槍2產(chǎn)生電弧的電流為100A 400A。其它與實(shí) 施方式一、二、三、四、五或六相同。本實(shí)施方式中所述激光器的功率和焊槍2產(chǎn)生電弧的電流根據(jù)厚板T型接頭的厚 度不同進(jìn)行選擇。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三、四、五或六的進(jìn)一步說(shuō)明， 所述焊槍2的保護(hù)氣體的氣體流量在15L/min 30L/min之間；所述焊接方法中激光焊接 的保護(hù)氣體流量在15L/min 30L/min之間。其它與實(shí)施方式一、二、三、四、五或六相同。本實(shí)施方式所述參數(shù)的選取需根據(jù)厚板T型接頭的厚度不同進(jìn)行選擇。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三、四、五或六的進(jìn)一步說(shuō)明， 所述焊接方法中采用的焊絲直徑在1. Omm 1. 6mm之間；焊絲的干伸長(zhǎng)度在15mm 25mm 之間。其它與實(shí)施方式一、二、三、四、五或六相同。本實(shí)施方式所述參數(shù)的選取需根據(jù)厚板T型接頭的厚度不同進(jìn)行選擇。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，還可以是上述各實(shí)施方式中所述技術(shù)特征的合理組合。
權(quán)利要求
1.一種厚板τ型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于它將兩把焊槍(2)和 兩束激光束(1)鏡像設(shè)置于厚板τ型接頭的立板(3 兩側(cè)，進(jìn)行同步激光電弧復(fù)合焊接， 所述激光電弧復(fù)合焊接的過(guò)程中將焊槍( 靠近厚板T型接頭的待焊接部位進(jìn)行電弧焊接，使激光束(1)的光軸和所 述焊槍(2)的中軸線位于同一平面內(nèi)，并且均與厚板T型接頭的面板(31)形成10° 50° 的夾角α，該激光束(1)的光軸和該焊槍⑵的中軸線之間形成25° 45°的夾角β，并 且該激光束(1)在待焊接部位上的入射點(diǎn)和該焊槍O)的焊絲末端之間的間距D為2mm 6mm ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于所 述夾角α為45° ；所述夾角β為30°，所述間距D為3mm 4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于在 所述激光電弧復(fù)合焊接進(jìn)行之前，對(duì)厚板T型接頭的待焊接部位進(jìn)行坡口加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于所 述坡口加工為在厚板T型接頭的立板(3 兩側(cè)加工K型坡口，K型坡口的鈍邊d為12mm 15mm，K型坡口的角度θ為10° 30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于所 述焊接方法重復(fù)進(jìn)行η次，η為自然數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于所 述夾角α為20° ；所述夾角β為30°，所述間距D為3mm 4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其 特征在于所述兩束激光束(1)為由一臺(tái)激光器采用分光技術(shù)分成兩束激光，并用光纖傳 輸形成；或者由兩臺(tái)激光器分別發(fā)射一束激光束(1)；所述激光束(1)為YAG固體激光器、 半導(dǎo)體激光器或者光纖激光器；所述電弧為熔化極惰性氣體保護(hù)焊電弧或者熔化極活性氣 體保護(hù)焊電弧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法， 其特征在于所述激光器的功率為3kW 20kW;所述焊槍⑵產(chǎn)生電弧的電流為100A 400A。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，其 特征在于所述焊槍(2)的保護(hù)氣體的氣體流量在15L/min 30L/min之間；所述焊接方法 中激光焊接的保護(hù)氣體流量在15L/min 30L/min之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法， 其特征在于所述焊接方法中采用的焊絲直徑在1.0mm 1.6mm之間；焊絲的干伸長(zhǎng)度在 15mm 25mm之間。
全文摘要
厚板T型接頭雙面激光電弧復(fù)合焊接方法，屬于激光電弧復(fù)合焊接領(lǐng)域。它解決了厚板T型接頭的焊接方法中存在的焊接效率低的問(wèn)題。它將兩把焊槍和兩束激光束鏡像設(shè)置于厚板T型接頭的立板兩側(cè)，進(jìn)行同步激光電弧復(fù)合焊接，所述激光電弧復(fù)合焊接的過(guò)程中將焊槍靠近厚板T型接頭的待焊接部位進(jìn)行電弧焊接，使激光束的光軸和所述焊槍的中軸線位于同一平面內(nèi)，并且均與厚板T型接頭的面板形成10°～50°的夾角α，該激光束的光軸和該焊槍的中軸線之間形成25°～45°的夾角β，并且該激光束在待焊接部位上的入射點(diǎn)和該焊槍的焊絲末端之間的間距D為2mm～6mm。本發(fā)明作為一種激光電弧復(fù)合焊接方法。
文檔編號(hào)B23K28/02GK102126088SQ20111000660
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者馮杰才, 李俐群, 陳彥賓, 雷正龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)