CN102922135B - 十字型接头激光同步双光束焊接方法 - Google Patents

十字型接头激光同步双光束焊接方法 Download PDF

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十字型接头激光同步双光束焊接方法，它涉及一种焊接方法。本发明解决了采用单光束激光焊接过程中存在的焊接效率低且焊缝质量差的技术问题。本方法如下：应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ11和焊接光束Ⅱ12，主光束b分成焊接光束Ⅲ21和焊接光束Ⅳ22，并且焊接光束Ⅰ11、焊接光束Ⅲ21、焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22同步施焊。本发明针对十字型接头的焊缝特点和质量要求，采用同步激光双光束焊接方法，解决了目前十字型接头焊接过程中存在的应力变形不易控制、焊缝质量差和焊接效率低的问题。

Description

十字型接头激光同步双光束焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法。
背景技术
在航空航天部件以及核能设备制造领域存在大量的十字型接头，但由于接头形式较复杂，且对焊接质量要求较高，因此焊接效率低，焊缝质量也往往达不到要求。现有十字型接头焊接方法中多采用单一光束分别从接头的两侧顺序施焊，其缺点是采用单光束，其激光光斑直径小，热作用区域小，焊缝熔宽较小，易出现接合面未熔合的现象，同时在焊缝底部容易产生气孔，影响焊接质量。而采用沿接头两侧顺序施焊的方式，不仅焊接效率低，而且存在焊接应力集中，焊接变形不易控制，对薄板十字型接头以及不等厚板十字型接头焊接变形影响尤为明显。目前，针对十字型接头的焊接还没有一种可靠高效的焊接方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决采用单光束激光焊接过程中存在的焊接效率低且焊缝质量差的技术问题，提供了一种十字型接头激光同步双光束焊接方法。
十字型接头激光同步双光束焊接方法按照以下步骤进行：
应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板Ⅰ的两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ和焊接光束Ⅱ，焊接光束Ⅰ的聚焦斑点与焊接光束Ⅱ的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ、支板Ⅱ和支板Ⅲ组成的十字型接头对角连线AC的两侧，焊接光束Ⅰ的光轴与焊接光束Ⅱ的光轴均平行于对角连线AC，主光束b分成焊接光束Ⅲ和焊接光束Ⅳ，焊接光束Ⅲ的聚焦斑点与焊接光束Ⅳ的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ、支板Ⅱ和支板Ⅲ组成的十字型接头对角连线BD的两侧，焊接光束Ⅲ的光轴与焊接光束Ⅳ的光轴均平行于对角连线BD，焊接光束Ⅰ与焊接光束Ⅲ镜像对称于支板Ⅰ的轴线，焊接光束Ⅱ与焊接光束Ⅳ镜像对称于支板Ⅰ的轴线，并且焊接光束Ⅰ、焊接光束Ⅲ、焊接光束Ⅱ与焊接光束Ⅳ同步施焊。
本发明方法在焊接过程中，采用两台激光器镜像设置于十字型接头两侧，将每台激光器发出的主光束分成两束焊接光束，所述两束焊接光束的能量分别为主光束能量的1/2，两束焊接光束的聚焦斑点并行等距离排列于十字型接头对角连线两侧，两台激光器同时施焊完成对十字型接头的同步激光双光束焊接。
本发明针对十字型接头的焊缝特点和质量要求，采用同步激光双光束焊接方法，解决了目前十字型接头焊接过程中存在的应力变形不易控制、焊接质量差和焊接效率低的问题。
本发明方法在十字型接头每侧都使用两束焊接光束，热作用面积增加，增加了熔合面积；焊接过程中匙孔稳定性增强，熔池流动加强，熔池中的气体更容易溢出，减少了焊接缺陷，焊缝成分更加均匀，焊接接头性能提高。在十字型接头两侧同步施焊，焊缝同时冷却，有利于焊缝应力变形控制；同时，避免了沿接头两侧顺序施焊过程中对一侧焊缝的重熔，提高了焊接质量。由于为在十字型接头两侧同步施焊，相对沿接头两侧顺序施焊缩短了工作周期，提高了焊接效率。
附图说明
图1是实验一的焊接原理示意图；
图2是实验二的焊接原理示意图；
图3是实验三的焊接原理示意图；
图4采用单光束焊接后十字型接头的焊缝形貌示意图；
图5是采用实验一的方法焊接后十字型接头的焊缝形貌示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式十字型接头激光同步双光束焊接方法按照以下步骤进行：
应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板Ⅰ1的两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ11和焊接光束Ⅱ12，焊接光束Ⅰ11的聚焦斑点与焊接光束Ⅱ12的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线AC的两侧，焊接光束Ⅰ11的光轴与焊接光束Ⅱ12的光轴均平行于对角连线AC，主光束b分成焊接光束Ⅲ21和焊接光束Ⅳ22，焊接光束Ⅲ21的聚焦斑点与焊接光束Ⅳ22的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线BD的两侧，焊接光束Ⅲ21的光轴与焊接光束Ⅳ22的光轴均平行于对角连线BD，焊接光束Ⅰ11与焊接光束Ⅲ21镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，并且焊接光束Ⅰ11、焊接光束Ⅲ21、焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22同步施焊。
本实施方式中通过光纤传输激光光束。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述焊接光束Ⅰ11的能量为主光束a能量的1/2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述焊接光束Ⅱ12的能量为主光束a能量的1/2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述焊接光束Ⅲ21的能量为主光束b能量的1/2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述焊接光束Ⅳ22的能量为主光束b能量的1/2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述激光器为光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或半导体激光器。其它与具体实施方式一相同。
采用下述实验验证本发明方法：
实验一：
应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板Ⅰ1的两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ11和焊接光束Ⅱ12，焊接光束Ⅰ11的聚焦斑点与焊接光束Ⅱ12的聚焦斑点并行排布且对称作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线AC的两侧，焊接光束Ⅰ11的光轴与焊接光束Ⅱ12的光轴均平行于对角连线AC，主光束b分成焊接光束Ⅲ21和焊接光束Ⅳ22，焊接光束Ⅲ21的聚焦斑点与焊接光束Ⅳ22的聚焦斑点并行排布且对称作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线BD的两侧，焊接光束Ⅲ21的光轴与焊接光束Ⅳ22的光轴均平行于对角连线BD，焊接光束Ⅰ11与焊接光束Ⅲ21镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，并且焊接光束Ⅰ11、焊接光束Ⅲ21、焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22同步施焊。
本实验中d1(支板Ⅰ1的板厚)＝d2(支板Ⅱ2的板厚)＝d3(支板Ⅲ3的板厚)。
实验二：
应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板Ⅰ1的两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ11和焊接光束Ⅱ12，焊接光束Ⅰ11的聚焦斑点与焊接光束Ⅱ12的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线AC的两侧，焊接光束Ⅰ11的光轴与焊接光束Ⅱ12的光轴均平行于对角连线AC，主光束b分成焊接光束Ⅲ21和焊接光束Ⅳ22，焊接光束Ⅲ21的聚焦斑点与焊接光束Ⅳ22的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线BD的两侧，焊接光束Ⅲ21的光轴与焊接光束Ⅳ22的光轴均平行于对角连线BD，焊接光束Ⅰ11与焊接光束Ⅲ21镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，并且焊接光束Ⅰ11、焊接光束Ⅲ21、焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22同步施焊。
本实验中d1(支板Ⅰ1的板厚)>d2(支板Ⅱ2的板厚)，d2(支板Ⅱ2的板厚)＝d3(支板Ⅲ3的板厚)。
实验三：
应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板Ⅰ1的两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ11和焊接光束Ⅱ12，焊接光束Ⅰ11的聚焦斑点与焊接光束Ⅱ12的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线AC的两侧，焊接光束Ⅰ11的光轴与焊接光束Ⅱ12的光轴均平行于对角连线AC，主光束b分成焊接光束Ⅲ21和焊接光束Ⅳ22，焊接光束Ⅲ21的聚焦斑点与焊接光束Ⅳ22的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ1、支板Ⅱ2和支板Ⅲ3组成的十字型接头对角连线BD的两侧，焊接光束Ⅲ21的光轴与焊接光束Ⅳ22的光轴均平行于对角连线BD，焊接光束Ⅰ11与焊接光束Ⅲ21镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22镜像对称于支板Ⅰ1的轴线，并且焊接光束Ⅰ11、焊接光束Ⅲ21、焊接光束Ⅱ12与焊接光束Ⅳ22同步施焊。
本实验中d1(支板Ⅰ1的板厚)<d2(支板Ⅱ2的板厚)，d2(支板Ⅱ2的板厚)＝d3(支板Ⅲ3的板厚)。

Claims (4)

1.十字型接头激光同步双光束焊接方法，其特征在于十字型接头激光同步双光束焊接方法按照以下步骤进行：
应用两台激光器分别发出主光束a及主光束b，两台激光器镜像设置于十字型接头支板Ⅰ(1)的两侧，将主光束a分成焊接光束Ⅰ(11)和焊接光束Ⅱ(12)，焊接光束Ⅰ(11)的聚焦斑点与焊接光束Ⅱ(12)的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ(1)、支板Ⅱ(2)和支板Ⅲ(3)组成的十字型接头对角连线AC的两侧，焊接光束Ⅰ(11)的光轴与焊接光束Ⅱ(12)的光轴均平行于对角连线AC，主光束b分成焊接光束Ⅲ(21)和焊接光束Ⅳ(22)，焊接光束Ⅲ(21)的聚焦斑点与焊接光束Ⅳ(22)的聚焦斑点并行排布且等距离作用于由支板Ⅰ(1)、支板Ⅱ(2)和支板Ⅲ(3)组成的十字型接头对角连线BD的两侧，焊接光束Ⅲ(21)的光轴与焊接光束Ⅳ(22)的光轴均平行于对角连线BD，焊接光束Ⅰ(11)与焊接光束Ⅲ(21)镜像对称于支板Ⅰ(1)的轴线，焊接光束Ⅱ(12)与焊接光束Ⅳ(22)镜像对称于支板Ⅰ(1)的轴线，并且焊接光束Ⅰ(11)、焊接光束Ⅲ(21)、焊接光束Ⅱ(12)与焊接光束Ⅳ(22)同步施焊。
2.根据权利要求1所述十字型接头激光同步双光束焊接方法，其特征在于所述焊接光束Ⅰ(11)的能量为主光束a能量的1/2。
3.根据权利要求1所述十字型接头激光同步双光束焊接方法，其特征在于所述焊接光束Ⅲ(21)的能量为主光束b能量的1/2。
4.根据权利要求1所述十字型接头激光同步双光束焊接方法，其特征在于所述激光器为光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或半导体激光器，通过光纤传输激光光束。
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