CN104842081B - 厚板焊接方法及焊接卡具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种厚板焊接方法及焊接卡具，焊接方法包括：步骤1、用焊接卡具夹持两块焊接母材，使两块焊接母材下表面对应无错边抵接且两块焊接母材上表面间隔设置，使左侧母材右端面和右侧母材左端面之间呈V型坡口；步骤2、使高能束由V型坡口顶端射向V型坡口下部，调整高能束焦点使焦点位于两块焊接母材相交线上，焊枪沿焊接方向移动，待焊部位在高能束的作用下熔化并在V型坡口下部形成一道焊缝；步骤3、伴随着母材的横向收缩，调整焊接卡具对焊接母材作用力大小和位置，使焊接母材之间的V型坡口的开口变小；步骤4、重复步骤2和步骤3，直至还需一道至三道连续焊接就能完成焊接。从而达到焊后呈现微变形及实现焊缝与母材成分等值的目的。

Description

厚板焊接方法及焊接卡具

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体是一种厚板焊接方法及焊接卡具。

背景技术

目前舰船、管道、潜艇和核设施等国防大型设备建造过程中必不可少的关键工艺。这些设施部件的厚度一般都在20mm以上，并且一般表现为空间尺寸比较大，因此目前只能采用分段连接成形。主要焊接方法为弧焊、电子束焊接以及多种热源条件下的窄间隙焊接方法，但是这些焊接方法均存在各自的不足之处。现有焊接方法焊接厚板问题点有：

1)填丝的弧焊因受到焊枪的限制以及自身的焊接特点，因此焊接需要极大的填充量，而且会产生较大的焊接变形和较高残余应力。

2)真空电子束焊接在完成结构较小的焊件优势表现比较明显，可焊接厚度能达到200mm左右，但是若需焊接空间结构较大，超过电子束真空室要求的情况下就会无法完成焊接。同时在厚板对接焊接中，因为电子束焊接采用的是单道焊透的方法，因此对厚板焊接装配要求极高(焊接间隙小于0.1mm)；若采用填充坡口多层堆叠的方式，一般多层多道填丝焊接的缺点也会在电子束焊接中出现。

3)厚板激光焊接方面，由于板厚的原因和受到输出功率和光束质量的限制，万瓦级激光器一次焊接深度虽然可以达到十几毫米，但是对于30mm以上的厚板，很难一次焊透，因此需要采用窄间隙多层多道完成焊接，难点以及不利于操作的是：焊丝与激光的对中程度、焊丝的挺度与所焊接件及其窄间隙之间的匹配关系，这些都是直接决定窄间隙激光焊接的成败关键因素，因此不便于实现工程化应用。

4)一般厚板填丝焊接过程中，在焊接过程中必须用夹具刚性固定焊接试板，因此这就会使得焊后试件存在很高的拉压残余应力与焊接变形，特别是经过十道以上的焊接，如果为了减少焊接变形就需要较大刚度的夹具以及严格的焊接工艺与之匹配，因此增加了焊接的难度。

现有技术中厚板焊接的问题：

1)填丝的弧焊因受到焊枪的限制以及自身的焊接特点，焊接时需要的填充大量焊材

2)真空电子束焊接在完成结构较小的焊件表现比较明显，可焊接厚度比较大，但是在焊接件空间结构较大时，超过电子束真空室要求的情况下就会无法完成焊接。同时在厚板对接焊接中，因为电子束焊接若采用的是单道焊透的方法，因此对厚板焊接装配要求极高(焊接间隙小于0.1mm)；若采用填充坡口多层堆叠的方式，单层多道填丝焊接的缺点也会在电子束焊接中出现。

3)填丝窄间隙激光焊接厚板，由于板厚的原因和受到输出功率和光束质量的限制，万瓦级激光器一次焊接深度虽然可以达到十几毫米，但是对于30mm以上的厚板，很难一次焊透，需采用单层多道来焊接，但因为激光焊接中光斑直径一般在零点几个毫米，采用填充焊丝的窄间隙激光焊接对焊丝位置的指向稳定性要求极为严格，焊丝送进的任何干扰都会立即导致焊接缺陷的产生，甚至导致焊接的中断；再者窄间隙坡口尺寸很小，导丝嘴又不便于伸入到坡口内，焊丝的伸长长度又受到自身的刚性的限制，当干伸长大于焊丝本身的刚度时就会失稳，导致焊丝的位置只稳定性难以保证。因此不便于实现工程化应用。

4)厚板焊接过程中，必须使焊件刚性固定，特别是经过十道以上的焊接，由于焊接过程中的收缩得不到及时的释放，因此这就会使得焊后试件存在较大、不均衡的拉压残余应力，若不进行去应力热处理，则会导致焊接件的使用性能大大下降，若进行去应力退火，且需要热处理夹具，这样就增加了劳动成本，而降低了生产效率，因此亟待需要一种新的焊接方法来改善厚板焊接工艺，以此来满足工业生产对厚板焊接工艺的需求。

5)、焊接结构中一旦出现了较大的变形，常常需要进行校正，耗工耗时，有时比较复杂的变形的校正的工作量可能比焊接工作量还要大，有时甚至因为焊接变形量太大或校正难度太大超过来校正能力而无法校正，甚至造成废品。

发明内容

为了克服现有的厚板多道焊接需要连续填丝的不足，本发明提供了一种厚板焊接方法及焊接卡具，以达到减小焊接过程中填丝数量的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种厚板焊接方法，厚板焊接方法包括以下步骤：步骤1、用焊接卡具夹持左右两块焊接母材，使两块焊接母材的下表面对应无错边抵接且两块焊接母材的上表面间隔设置，并使左侧母材的右端面和右侧母材的左端面之间形成V型坡口；步骤2、使焊枪射出的散焦高能束由V型坡口的顶端射向两块焊接母材的V型坡口下部的待焊部位，调整该散焦高能束的焦点使该焦点位于两块焊接母材的相交线上方，使焊枪沿焊接方向移动，两块焊接母材的待焊部位在该散焦高能束的作用下熔化并且在V型坡口下部形成一道焊缝；步骤3、伴随着焊接过程中两块母材的横向收缩，同时，调整该焊接卡具对两块焊接母材作用力的大小和位置，使两块焊接母材之间的V型坡口的开口角度变小；步骤4、依次重复步骤2和步骤3，直至还需一道至三道连续焊接就能完成焊接；步骤5、在V型坡口上部，相应的采用一道至三道填丝焊接。

进一步地，在步骤1中，V型坡口的张角为5～15°。

进一步地，在步骤2中，一道焊缝的深度为2mm～5mm。

进一步地，在步骤4中，每完成一道焊缝后，重复步骤2时均要调整该散焦高能束的焦点使该散焦高能束的焦点位于前一道焊缝的上方。

进一步地，该焊接卡具对左侧母材的作用力包括垂直作用于左侧母材上表面且向下的下压力、垂直作用于左侧母材下表面且向上的上顶力和垂直作用于左侧母材左端面且向右的右压力，该焊接卡具对右侧母材的作用力与该焊接卡具对左侧母材的作用力以两块焊接母材的相交线为中心左右对称；在步骤4中，每完成一道焊缝后，重复步骤3时，该焊接卡具对左侧母材的下压力相对于左侧母材向左移动且压力增大，该焊接卡具对左侧母材的上顶力相对于左侧母材向左移动且压力增大，该焊接卡具对左侧母材的右压力相对于左侧母材向上移动且压力增大。

进一步地，焊接卡具对左侧母材的作用力还包括垂直作用于左侧母材下表面且向上的上支撑力，该上支撑力在垂直于左侧母材下表面的作用点位于上顶力在左侧母材下表面左侧外边界线和两块焊接母材的相交线之间。

本发明还提供了一种焊接卡具，焊接卡具为上述焊接卡具，焊接卡具包括：底座，底座上设有支撑块，支撑块的上表面的两端能够对称的支撑左右两块焊接母材的下表面；顶升装置，用于提供垂直作用于左侧母材下表面且向上的上顶力以及垂直作用于右侧母材下表面且向上的上顶力；推动装置，用于提供垂直作用于左侧母材左端面且向右的右压力及垂直作用于右侧母材右端面且向左的左压力；压紧装置，用于提供垂直作用于左侧母材上表面且向下的下压力以及垂直作用于右侧母材上表面且向下的下压力。

进一步地，推动装置包括设置在底座左右两侧的推动支架和推动气缸，推动支架与底座固定连接，推动支架上设置有多个滑动槽，推动气缸一端设置在滑动槽内，并能够沿滑动槽的延伸方向上下移动，推动气缸的另一端与焊接母材的另一端抵接。

进一步地，顶升装置为两个顶升气缸，两个该顶升气缸设置在底座上，两个该顶升气缸对称的设置在支撑块的两侧，该顶升气缸的缸筒与底座固定连接，该顶升气缸的活塞杆的顶端抵接于母材下表面。

进一步地，压紧装置包括设置在底座左右两侧的压紧支架和压紧气缸，压紧支架为U形，压紧支架的开口端与底座铰接，压紧支架的封闭端位于底座的上方，压紧气缸设置于压紧支架的封闭端。

本发明的有益效果是，通过预制V型坡口，能够在非填丝的情况下逐层熔化焊接母材作为填充物来完成厚板焊接操作，从而达到减小焊接变形及减少填丝数量的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明厚板焊接方法实施例的受力分析图；

图2为根据本发明厚板焊接方法实施例中右侧母材的受力分析图；

图3为根据本发明厚板焊接方法实施例中单道焊缝的熔解示意图；

图4为图3的A部放大图；

图5为本发明焊接卡具的结构三维示意图；

图6为图5的主视图。

图中附图标记：1、下压力；2、上顶力；3、左压力；4、下压力；5、上顶力；6、右压力；7、左侧母材的重力；8、右侧母材的重力；9、焊接接头的变形抗力；10、焊接过程中的收缩力；11、垂直于母材重心方向的分力；12、沿母材焊接侧面的分力；30、推动装置；31、推动支架；311、滑动槽；32、推动气缸；40、压紧装置；41、压紧支架；42、压紧气缸；60、底座；61、支撑块；70、焊接母材；71、V型坡口；72、左侧母材；73、右侧母材；80、顶升装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种厚板焊接方法，厚板焊接方法包括以下步骤：步骤1、用焊接卡具夹持左右两块焊接母材70，使两块焊接母材70的下表面对应无错边抵接且两块焊接母材70的上表面间隔设置，并使左侧母材70的右端面和右侧母材70的左端面之间形成V型坡口71。步骤2、使焊枪射出的散焦的高能束由V型坡口71的顶端射向两块焊接母材70的V型坡口71下部的待焊部位，调整该高能束的焦点使该焦点位于两块焊接母材70的相交线上方，使焊枪沿焊接方向移动，两块焊接母材70的待焊部位在该散焦高能束的作用下熔化并且在V型坡口71下部形成一道焊缝。步骤3、伴随着焊接过程中两块母材70的横向收缩，同时，调整该焊接卡具对两块焊接母材70作用力的大小和位置，使两块焊接母材70之间的V型坡口71的开口角度变小；步骤4、依次重复步骤2和步骤3，直至还需一道至三道连续焊接就能完成焊接；步骤5、在V型坡口71上部，相应的采用一道至三道填丝焊接。

具体地焊接过程如下：首先采用低功率、高焊接速度的高能束进行焊接，该高能束焦点要高于两块焊接母材70的相交线，保证该高能束与母材接触点在焊接母材70相交线上的3-8mm(随着焊接方式以及焊接参数的不同发生改变)处开始第一道焊接，确保能量能够将焊接母材70熔化的情况下，伴随着焊接收缩，实现熔池向下凹过渡，形成如图3和图4所示单道焊接过程示意图。即散焦可以使得高能束的光斑被分成三部分，分别指向Ⅰ区、Ⅲ区以及前一道焊缝余高，然后将其熔化，且在焊接过程的收缩力10以及焊接接头的变形抗力9、垂直作用于右侧母材73上表面且向下的下压力1、垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2、垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3、垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4、垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5、垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6以及其对应的力矩作用下分别堆填到Ⅰ'、Ⅲ'以及Ⅱ中形成新的焊缝。其余焊接过程均以熔化母材为填充材料填充逐渐收缩的坡口形成焊缝。最后1-3道可以采用填丝焊接完成厚板焊接。需要说明的是，当还有还需一道焊缝就能完成整个焊接过程时，在V型坡口71上部，采用一道填丝焊接；当还有还需两道焊缝就能完成整个焊接过程时，在V型坡口71上部，采用两道填丝焊接。

本发明实施例中的两块焊接母材70均为厚板(厚度大于5mm)且需要进行单层多道焊接的结构件。焊接操作的本质是一个即热即冷的过程，在实际厚板焊接过程中，熔化焊中局部集中的、瞬时的、不断移动的热输入会形成对空间梯度很大的不均匀温度场，特别是进行单侧或者不对称双侧焊接时，焊缝上面的横向收缩量大，下面的收缩量小的缘故，这样就会造成构件的平面偏转，产生角变形，其大小取决于熔化区的宽度和深度之比、接头类型、焊接道次、材料性能以及焊接参数等，这是引起焊接残余应力和焊接变形的根源。但是其真正原因是由于横向收缩在厚度方向上的不均匀分布所造成的。

本发明就是充分利用多道焊角变形这一特征，并预置反向变形的V型坡口71，在非填丝的情况下逐层熔化焊接母材70作为填充物完成厚板焊接，从而到达改善焊接过程中的熔池保护条件的目的，并能够让散焦高能束热源很好准确地透射到焊接区。进而还能达到减少填充焊材量的目的。

需要说明的是，在本发明厚板焊接方法中，一道焊缝的深度为2mm～5mm。V型坡口71的张角为5～10°。V型坡口71的预制最大张角为2m，该V型坡口71的大小可以通过具体材料和具体实验状况、材料力学以及焊接特性来确定。

优选地，本发明厚板焊接方法实施例中，焊接过程中采用焊接卡具柔性调控，依据是焊接收缩力、接头变形抗力以及其余外力的相互作用。

具体过程如下：参见图1和图2所示，该焊接卡具对左侧母材72的作用力包括垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4(作用标距为e，相对于焊接点产生的力矩的标号为54)、垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5(作用标距为f，相对于焊接点产生的力矩的标号为55)和垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6(作用标距为g，相对于焊接点产生的力矩的标号为56)。该焊接卡具对右侧母材73的作用力与该焊接卡具对左侧母材72的作用力以两块焊接母材70的相交线为中心左右对称。该焊接卡具对右侧母材73的作用力包括垂直作用于右侧母材73上表面且向下的下压力1(作用标距为a，相对于焊接点产生的力矩的标号为51)、垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2(作用标距为b，相对于焊接点产生的力矩的标号为52)和垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3(作用标距为c，相对于焊接点产生的力矩的标号为53)。

其中，垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2对焊点产生的力矩可用力矩52来调节。该力矩52是对收缩力的补充，该力矩52对焊点产生的力矩可以用标距b来调节。垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3，该左压力3的作用是对低道次(小于1/2总道次)收缩力的抑制以及高道次(大于等于1/2总道次)收缩力的支撑，该左压力3对焊点产生的力矩53可用标矩c来调节。右侧母材73的重力8(作用标距为d，相对于焊接点产生的力矩的标号为58)对焊点产生的力矩58可用标距d来调节。

左侧母材72也是通过类似右侧母材73的力学控制方法来加以控制，其中垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4与垂直作用于右侧母材73上表面且向下的下压力1功能相似、垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5与垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2功能相似、垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6与垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3功能相似以及右侧母材的重力8的作用形式与左侧母材的重力7(作用标距为j/2，相对于焊接点产生的力矩的标号为57)相似，标号9表示焊接接头的变形抗力。焊接过程中的收缩力10(对应产生的力矩标号为59，该收缩力可以分解为垂直于母材重心方向的分力11和沿母材焊接侧面的分力12)可根据对应的力、力矩及其耦合物理计算公式计算出焊接所需的匹配调控参数。主要依据的物理参量有：为缩力F_B，引起的单位长度上的收缩量ΔB，应变长度L，形状因子η，板厚δ，材料的弹性模量E，角变形α，热熔c，材料的密度ρ和单位长度的热输入量q_w等。

在焊接过程中由于收缩导致焊接的空间位置改变，根据焊接所需的熔宽和熔高的要求，每焊完一道后需要调整焊接过程中的收缩力10、垂直作用于右侧母材73上表面且向下的下压力1、垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2、垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3、垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4、垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5、垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6的大小及其作用位置。首先，对于厚度5-10mm的板材进行焊接时，可以采用比较大的垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2、垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5以及较小的垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3、垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6。对于厚度大于10mm的板材进行焊接时，需要对垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2、垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5以及垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3、垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6做出相应的调整。且在焊接过程中大小和位置均需随时变换。其次，需要适时根据焊接厚度以及力学状况调整高能束的散焦程度和其他聚焦参数。本发明实施例中的焊接方法可对低于50mm的钛合金进行焊接。或者对不大于60mm厚度的低碳钢或不锈钢进行焊接。

具体地，本发明实施例的厚板焊接方法的在步骤4中，每完成一道焊缝后，重复步骤3时，该焊接卡具对垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4相对于左侧母材72向左移动且压力增大，该焊接卡具对左侧母材72的上顶力5相对于左侧母材72向左移动且压力增大，该焊接卡具对左侧母材72的右压力6相对于左侧母材72向上移动且压力增大。需要说明的是，焊接卡具相对于右侧母材73的移动方向与焊接卡具相对于左侧母材72的移动方向镜像设置。

进一步地，焊接卡具对左侧母材72的作用力还包括垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上支撑力，该上支撑力在垂直于左侧母材72下表面的作用点位于上顶力5在左侧母材72下表面的左侧外边界线和两块焊接母材70的相交线之间。

采用本发明厚板焊接方法中焊接卡具的夹持方式，能够有效改善残余应力分布情况。因为对多层多道厚板焊接而言，焊接过程中纵向和横向都产生了较高的收缩抗力，其结果是在纵向和横向均产生了较大的拉压残余应力，焊缝截面中心处的残余应力沿着厚度方向分布，应力在焊缝的根部会逐步接近材料屈服强度，这是由于每一层就产生一次弯曲作用，多次拉伸塑型变形的积累造成焊缝根部应变硬化，使得应力不断的提高。严重时，甚至会因为塑性耗竭而导致焊缝根部开裂，如果在焊接时限制焊缝的角变形，则在焊缝根部会产生压应力，因此也就限制了可焊接厚度。因而本发明的灵活可控的夹持方式有助于避免来高拉伸残余应力状态，而且可以有效改善残余应力分布情况。

应用本发明实施例中的厚板焊接方法焊接30mm的TC4-DT厚板时，采用对称随动吹吸气方式，并将吸气口挂载在激光头底座上，保持吸气口的刚性固定。该实施例中m设定为5.3度，散焦12mm，焊接作用点焦斑直径3mm，堆叠层高设定分别为3mm、2.5mm、4mm、5mm、5mm、4mm、2.5mm、2mm、2mm共9道完成焊接，其中首道采用激光束作用点高于母材对接线5mm开始第一道非填丝焊接，后续2～8道也均采用自熔焊接，最后一道采取填丝的方式完成焊接。实验后表现为：对焊接接头的截面形貌完整，焊缝较窄，没有明显的缺陷；分层切片拉伸试验表明：试样抗拉强度和屈服强度均达到母材的95％以上，断面收缩率和延伸率达到母材的75％以上。且断口形貌均为韧性断裂。

此外，本发明以自熔母材、预置反向“变形”的方法实施金属厚板多道激光焊接，其中已经成功实现的焊接有：钛合金、低碳钢以及不锈钢，且针对不同板厚实施多道激光焊接工艺技术研究，采用5千瓦级多模激光器成功实现了30mm Q235C结构钢的焊接，以及20mm、30mm和43mm的钛合金的焊接。

如图5和图6所示，本发明实施例还提供了一种焊接卡具，焊接卡具为上述的焊接卡具，该焊接卡具包括：底座60，底座60上设有支撑块61，支撑块61的上表面的两端能够对称的支撑左右两块焊接母材70的下表面；顶升装置80，用于提供垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5以及垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2；推动装置30，用于提供垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6及垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3。压紧装置40，用于提供垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4以及垂直作用于右侧母材73上表面且向下的下压力1。需要说明的是，垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上支撑力由支撑块61提供，垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上支撑力也同样由支撑块61提供。

推动装置30包括设置在底座60左右两侧的推动支架31和推动气缸32，推动支架31与底座60固定连接，推动支架31上设置有多个滑动槽311，推动气缸32一端设置在滑动槽311内，并能够沿滑动槽311的延伸方向上下移动，推动气缸32的另一端与焊接母材70的另一端抵接。上述推动气缸32能够向左侧母材72提供垂直作用于左侧母材72左端面且向右的右压力6，上述推动气缸32还能够向右侧母材73提供垂直作用于右侧母材73右端面且向左的左压力3

进一步地，顶升装置80为两个顶升气缸，两个该顶升气缸设置在底座60上，两个该顶升气缸对称的设置在支撑块61的两侧，该顶升气缸的缸筒与底座60固定连接，该顶升气缸的活塞杆的顶端抵接于母材70的下表面。该顶升气缸能够向左侧母材72提供垂直作用于左侧母材72下表面且向上的上顶力5，该顶升气缸还能够向右侧母材73提供垂直作用于右侧母材73下表面且向上的上顶力2。

优选地，压紧装置40包括设置在底座60左右两侧的压紧支架41和压紧气缸42，压紧支架41为U形，压紧支架41的开口端朝下，压紧支架41的开口端与底座60铰接，压紧支架41的封闭端位于底座60的上方，压紧气缸42设置于压紧支架41的封闭端。其中，压紧气缸42能够向左侧母材72提供垂直作用于左侧母材72上表面且向下的下压力4，压紧气缸42还能够向右侧母材73提供垂直作用于右侧母材73上表面且向下的下压力1。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、较一般多道填丝焊接而言，本发明只是为了改善厚板焊接接头咬边的问题需在最后1-2道需要做填丝焊接，其余道次均不填丝实现了高能束多道焊接厚板的目的。

2、本发明杜绝了传统厚板窄间隙多道焊接过程中出现断丝、侧壁未熔合现象以及改善了焊接烟羽难以驱离的难点。

3、因坡口(大于5mm)较一般厚板窄间隙焊接坡口(小于3mm)大，更利于焊接等离子烟羽上升排除焊槽内，进而保护熔池和焊缝。

4、本发明大幅减少了焊接道次，一般填丝多道激光焊来说，稳定的性能大致是1KW焊接1mm左右；也就是20mm厚的板基本需要焊接15左右，焊接20mm与30mmTC4-DT分别用了6道和10道。这样大大减少了层与层之间的界面，也就是减少了缺陷分布；使的低功率少道次窄焊缝焊接大厚板成为可能。

5、本发明可以实现厚板多道连续焊接，大大提高了激光焊接厚板的效率。

6、本发明大幅减少厚板多道焊接带来的较大的角变形，同时减少了焊接坡口填充量。

7、改变焊缝接头的残余应力分布状态，即焊缝至下而上由原来的大压应力到大的拉应力，改为上下两端小拉应力，中间段为小的压应力，这样的状态更方便于热处理如应力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厚板焊接方法，其特征在于，所述厚板焊接方法包括以下步骤：

步骤1、用焊接卡具夹持左右两块焊接母材(70)，使两块焊接母材(70)的下表面对应无错边抵接且两块焊接母材(70)的上表面间隔设置，并使左侧母材(70)的右端面和右侧母材(70)的左端面之间形成V型坡口(71)；

步骤2、使焊枪射出的散焦高能束由V型坡口(71)的顶端射向两块焊接母材(70)的V型坡口(71)下部的待焊部位，调整该散焦高能束的焦点使该焦点位于两块焊接母材(70)的相交线上方，使焊枪沿焊接方向移动，两块焊接母材(70)的待焊部位在该散焦高能束的作用下熔化并且在V型坡口(71)下部形成一道焊缝；

步骤3、伴随着焊接过程中两块母材(70)的横向收缩，同时，调整该焊接卡具对两块焊接母材(70)作用力的大小和位置，使两块焊接母材(70)之间的V型坡口(71)的开口角度变小；

步骤4、依次重复步骤2和步骤3，直至还需一道至三道连续焊接就能完成焊接；

步骤5、在V型坡口(71)上部，相应的采用一道至三道填丝焊接。

2.根据权利要求1所述的厚板焊接方法，其特征在于，在步骤1中，V型坡口(71)的张角为5～15°。

3.根据权利要求1所述的厚板焊接方法，其特征在于，在步骤2中，所述一道焊缝的深度为2mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的厚板焊接方法，其特征在于，在步骤4中，每完成一道焊缝后，重复步骤2时均要调整该散焦高能束的焦点使该散焦高能束的焦点位于前一道焊缝的上方。

5.根据权利要求1所述的厚板焊接方法，其特征在于，该焊接卡具对左侧母材(70)的作用力包括垂直作用于左侧母材(70)上表面且向下的下压力(4)、垂直作用于左侧母材(70)下表面且向上的上顶力(5)和垂直作用于左侧母材(70)左端面且向右的右压力(6)，该焊接卡具对右侧母材(70)的作用力与该焊接卡具对左侧母材(70)的作用力以两块焊接母材(70)的相交线为中心左右对称；

在步骤4中，每完成一道焊缝后重复步骤3时，该焊接卡具对左侧母材(70)的下压力(4)相对于左侧母材(70)向左移动且压力增大，该焊接卡具对左侧母材(70)的上顶力(5)相对于左侧母材(70)向左移动且压力增大，该焊接卡具对左侧母材(70)的右压力(6)相对于左侧母材(70)向上移动且压力增大。

6.根据权利要求5所述的厚板焊接方法，其特征在于，该焊接卡具对左侧母材(70)的作用力还包括垂直作用于左侧母材(70)下表面且向上的上支撑力，该上支撑力在垂直于左侧母材(70)下表面的作用点位于上顶力(5)在左侧母材(70)下表面左侧外边界线和两块焊接母材(70)的相交线之间。

7.一种焊接卡具，所述焊接卡具为权利要求1所述的焊接卡具，其特征在于，所述焊接卡具包括：

底座(60)，底座(60)上设有支撑块(61)，支撑块(61)的上表面的两端能够对称的支撑左右两块焊接母材(70)的下表面；

顶升装置(80)，用于提供垂直作用于左侧母材(70)下表面且向上的上顶力(5)以及垂直作用于右侧母材(70)下表面且向上的上顶力(2)；

推动装置(30)，用于提供垂直作用于左侧母材(70)左端面且向右的右压力(6)及垂直作用于右侧母材(70)右端面且向左的左压力(3)；

压紧装置(40)，用于提供垂直作用于左侧母材(70)上表面且向下的下压力(4)以及垂直作用于右侧母材(70)上表面且向下的下压力(1)。

8.根据权利要求7所述的焊接卡具，其特征在于，推动装置(30)包括设置在底座(60)左右两侧的推动支架(31)和推动气缸(32)，推动支架(31)与底座(60)固定连接，推动支架(31)上设置有多个滑动槽(311)，推动气缸(32)一端设置在滑动槽(311)内，并能够沿滑动槽(311)的延伸方向上下移动，推动气缸(32)的另一端与焊接母材(70)的另一端抵接。

9.根据权利要求7所述的焊接卡具，其特征在于，顶升装置(80)为两个顶升气缸，两个该顶升气缸设置在底座(60)上，两个该顶升气缸对称的设置在支撑块(61)的两侧，该顶升气缸的缸筒与底座(60)固定连接，该顶升气缸的活塞杆的顶端抵接于母材(70)的下表面。

10.根据权利要求7所述的焊接卡具，其特征在于，压紧装置(40)包括设置在底座(60)左右两侧的压紧支架(41)和压紧气缸(42)，压紧支架(41)为U形，压紧支架(41)的开口端与底座(60)铰接，压紧支架(41)的封闭端位于底座(60)的上方，压紧气缸(42)设置于压紧支架(41)的封闭端。