CN109664023A - 修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法 - Google Patents

修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，包括如下步骤：S1、对待修复母材的缺陷处进行预处理，加工成上宽下窄的坡口焊缝；S2、确定焊缝下坡口的宽度，若宽度大于焊丝直径，在下坡口两侧沿焊缝长度方向分别并列进行至少一层的焊肉焊接，直至下坡口的宽度达到与焊丝直径的大小相同，其次，在两侧焊肉之间的焊缝上进行打底层焊接；若宽度小于或等于焊丝直径，直接进行打底层焊接；S3，在所述打底层上叠加焊接有多层堆焊层，形成堆焊层区块，所述堆焊层区块的顶部低于焊缝上坡口；S4，在所述堆焊层区块上叠加焊接有修复层，所述修复层的顶部高于焊缝上坡口；S5、对高于上坡口的修复层进行打磨，使修复层与上坡口平齐。

Description

修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及薄板、超薄板精密特种材料产品修复技术领域，特别是涉及一种修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法。
背景技术
在军工以及航空航天技术领域，一般采用精密特种材料制成，对于产品的性能要求极高，针对薄板、超薄板产生贯穿性缺陷时需要对该缺陷进行焊接修复，否则整个产品则报废，导致造成巨大损失。在对该种类型的缺陷进行激光焊接修复时，传统的焊接方法一般采用氩弧焊、冷焊、激光熔覆等，采用激光熔覆从缺陷底部开始起焊，激光光束照射焊丝时，只能照射焊丝上表面，焊丝下表面则将激光遮挡，导致被焊丝遮挡的部分出现未熔合现象，从而使修复部分与母材之间贴合不紧密，形成脆弱区，而且，修复部分还存在咬边、气孔、裂纹等缺陷，在实际使用时极易出现开裂现象，影响设备的整体使用性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种缺陷修复结构稳定，与母材贴合紧密，提高设备整体结构性能的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法。
本发明一种修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，包括如下步骤：
S1、对待修复母材的缺陷处进行预处理，加工成上宽下窄的坡口焊缝；
S2、确定焊缝下坡口的宽度，若宽度大于焊丝直径，在下坡口两侧沿焊缝长度方向分别并列进行至少一列的焊肉焊接，直至下坡口的宽度达到与焊丝直径的大小相同，其次，在两侧焊肉之间的焊缝上进行焊接，将焊缝端部设定为起焊点，起焊点的两端分别搭接在焊肉上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，且每个焊点的两端分别搭接在焊肉上，形成沿焊缝长度方向的焊道，形成打底层；
若宽度小于或等于焊丝直径，直接将焊缝端部设定为起焊点，起焊点的两端分别搭接在母材上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，且每个焊点的两端分别搭接在母材上，形成沿焊缝长度方向的焊道，形成打底层；
其中，上述每个起焊点、焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝先进行向前连续送丝，再进行向下连续压丝，完成后，焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离；
S3，在所述打底层上叠加焊接有多层堆焊层，形成堆焊层区块，所述堆焊层区块的顶部低于焊缝上坡口；
其中，首个所述堆焊层初始焊道的起焊点叠加焊接在所述打底层的起焊点上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，形成沿焊缝长度方向的初始焊道，下一焊道的起焊点叠加焊接在上一焊道的起焊点上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，依次类推，直至将每层堆焊层焊接完成；
上述每个起焊点、焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝进行连续送丝，完成后，焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离；
S4，在所述堆焊层区块上叠加焊接有修复层，所述修复层的顶部高于焊缝上坡口；
其中，所述修复层的起焊点将母材与堆焊层区块连接，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，所述修复层中焊道的焊接方式以及每个所述焊道中起焊点、焊点的焊接方式与所述堆焊层中起焊点、焊点以及焊道的焊接方式相同；
S5、对高于上坡口的修复层进行打磨，使修复层与上坡口平齐。
优选的是，步骤S2中，所述焊肉的起焊点为下坡口端部，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，形成焊肉，下一列焊肉的起焊点叠加焊接在上一列焊肉的起焊点上，依次类推。
在上述任一方案优选的是，所述焊丝沿焊道的焊接方向与水平平面之间的夹角为5～15度，且焊接每个所述焊点时焊丝放置在上一焊点的1/2位置处。
在上述任一方案优选的是，所述焊肉、打底层的起焊点以及堆焊层、修复层的每个初始焊道的起焊点，其焊丝放置在形成该起焊点的1/2位置处。
在上述任一方案优选的是，同一所述焊道下一焊点的边界位于所述上一焊点的1/5位置处，相邻所述焊道下一焊点的边界位于所述上一焊点的1/3～1/2位置处。
在上述任一方案优选的是，所述修复层中起焊点焊接时的送丝给进量相对于所述打底层以及堆焊层中焊接点焊接时的送丝给进量多1/3～1/2。
在上述任一方案优选的是，所述堆焊层区块的顶部焊脚距所述上坡口0.1mm。
在上述任一方案优选的是，每焊接完一层采用带有丙酮或工业酒精的工业棉进行擦拭。
与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：
1、通过采用打底层或打底层与焊肉配合的方式将焊缝下坡口的母材连接起来，同时各个焊接层中每个焊点焊丝的设定位置和设定角度，并采用各焊点相互叠加的焊接方式，能够保证激光光束将焊丝的上表面与下表面完全照射，从而保证打底层与母材贴合紧密防止焊丝下表面遮挡激光光束，导致遮挡部分出现未熔合现象。同时，焊丝的位置使其避免放置在上一焊点的焊脚处，避免焊脚处由于因焊丝遮挡激光光束，导致未熔合，出现裂纹缺陷。
2、焊接打底层时，每个焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝先进行向前连续送丝，能够保证焊接熔池饱满，防止出现咬边、气孔缺陷，再进行向下连续压丝，能够保证打底层的底部所产生的弧度小，即保证修复区域底部所产生的凹坑达到最小，以加强修复区域与母材的贴合紧密度；焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离，在保证焊接熔池饱满的状态下，使焊丝端部形成斜面，从而将焊丝迅速抽离，避免焊接熔池出现未熔合现象。
3、通过将焊丝沿焊道的焊接方向与水平平面之间的夹角为5～15度，在焊接打底层时，能够保证打底层的底部所产生的弧度小，即保证修复区域底部所产生的凹坑达到最小，以加强修复区域与母材的贴合紧密度。
4、通过将焊缝依次按照打底层、堆焊层、修复层的顺序的焊接，保证修复区域与母材紧密贴合，从而保证设备整体结构性能。
5、修复层中起焊点的位置以及该起焊点的送丝量，以保证焊接熔池饱满，防止出现咬边缺陷，同时修复层的顶部高于上坡口，并再进行打磨，以保证修复区域与母材整体紧密贴合，保证设备整体结构稳定。
下面结合附图对本发明的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法流程图；
图2为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中打底层的截面焊接示意图；
图3为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中堆焊层的截面焊接示意图；
图4为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中修复层的截面焊接示意图；
图5为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中打底层的又一截面焊接示意图；
图6为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中堆焊层的又一截面焊接示意图；
图7为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中修复层的又一截面焊接示意图；
图8为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中焊道的俯视结构示意图；
图9为本发明修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法中焊点与焊丝的结构示意图；
其中：1、母材；2、打底层；21、焊肉；3、堆焊层；4、修复层；5、起焊点；6、焊道；7、焊丝。
具体实施方式
如图1-图9所示，本发明一种修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，包括如下步骤：
S1、对待修复母材的缺陷处进行预处理，加工成上宽下窄的坡口焊缝。
其中，在预处理之前预先对母材分别依次进行荧光检测、X光检测，确定缺陷类型、缺陷所在位置，即确定缺陷类型为在贯穿性缺陷。
预处理为通过加工中心进行机加工或采用电钻或打磨头进行人工加工，对于母材表面的缺陷，直接将缺陷加工成上宽下窄的坡口焊缝。
S2、确定焊缝下坡口的宽度，若宽度大于焊丝直径，在下坡口两侧沿焊缝长度方向分别并列进行至少一列的焊肉焊接，直至下坡口的宽度达到与焊丝直径的大小相同，其中，焊肉的起焊点为下坡口端部，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，形成焊肉，下一列焊肉的起焊点叠加焊接在上一列焊肉的起焊点上，依次类推；
其次，在两侧焊肉之间的焊缝上进行焊接，将焊缝端部设定为起焊点，起焊点的两端分别搭接在焊肉上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，且每个焊点的两端分别搭接在焊肉上，形成沿焊缝长度方向的焊道，形成打底层；
若宽度小于或等于焊丝直径，直接将焊缝端部设定为起焊点，起焊点的两端分别搭接在母材上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，且每个焊点的两端分别搭接在母材上，形成沿焊缝长度方向的焊道，形成打底层；
其中，上述每个起焊点、焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝先进行向前连续送丝，再进行向下连续压丝，完成后，焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离；
S3，在所述打底层上叠加焊接有多层堆焊层，形成堆焊层区块，所述堆焊层区块的顶部低于焊缝上坡口，优选的，堆焊层区块的顶部焊脚距所述上坡口0.1mm。
其中，首个所述堆焊层初始焊道的起焊点叠加焊接在所述打底层的起焊点上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，形成沿焊缝长度方向的初始焊道，下一焊道的起焊点叠加焊接在上一焊道的起焊点上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，依次类推，直至将每层堆焊层焊接完成；
上述每个起焊点、焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝进行连续送丝，完成后，焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离；
S4，在所述堆焊层区块上叠加焊接有修复层，所述修复层的顶部高于焊缝上坡口；
其中，修复层的起焊点将母材与堆焊层区块连接，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，修复层中焊道的焊接方式以及每个焊道中起焊点、焊点的焊接方式与堆焊层中起焊点、焊点以及焊道的焊接方式相同。修复层中起焊点焊接时的送丝给进量相对于所述打底层以及堆焊层中焊接点焊接时的送丝给进量多1/3～1/2。
S5、对高于上坡口的修复层进行打磨，使修复层与上坡口平齐。
在上述步骤S1至S5中，每焊接完一层采用带有丙酮或工业酒精的工业棉进行擦拭。
焊丝沿焊道的焊接方向与水平平面之间的夹角为5～15度，且焊接每个焊点时焊丝放置在上一焊点的1/2位置处。
同一焊道下一焊点的边界位于上一焊点的1/5位置处，相邻焊道下一焊点的边界位于上一焊点的1/3～1/2位置处。
焊肉、打底层的起焊点以及堆焊层、修复层的每个初始焊道的起焊点，其焊丝放置在形成该起焊点的1/2位置处。本实施例中，每个焊点的形成是通过激光光束照射，焊丝朝向四周扩散，由此形成焊点。
本实施例中，整个焊接过程通入氩气保护，激光光束以4-8次/秒的频率照射，激光光束的光斑直径范围为0.8-1.5mm，激光光束光斑的大小与焊点的大小成正比。
本发明所具有的优点和有益效果为：
1、通过采用打底层或打底层与焊肉配合的方式将焊缝下坡口的母材连接起来，同时各个焊接层中每个焊点焊丝的设定位置和设定角度，并采用各焊点相互叠加的焊接方式，能够保证激光光束将焊丝的上表面与下表面完全照射，从而保证打底层与母材贴合紧密防止焊丝下表面遮挡激光光束，导致遮挡部分出现未熔合现象。同时，焊丝的位置使其避免放置在上一焊点的焊脚处，避免焊脚处由于因焊丝遮挡激光光束，导致未熔合，出现裂纹缺陷。
2、焊接打底层时，每个焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝先进行向前连续送丝，能够保证焊接熔池饱满，防止出现咬边、气孔缺陷，再进行向下连续压丝，能够保证打底层的底部所产生的弧度小，即保证修复区域底部所产生的凹坑达到最小，以加强修复区域与母材的贴合紧密度；焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离，在保证焊接熔池饱满的状态下，使焊丝端部形成斜面，从而将焊丝迅速抽离，避免焊接熔池出现未熔合现象。
3、通过将焊丝沿焊道的焊接方向与水平平面之间的夹角为5～15度，在焊接打底层时，能够保证打底层的底部所产生的弧度小，即保证修复区域底部所产生的凹坑达到最小，以加强修复区域与母材的贴合紧密度。
4、通过将焊缝依次按照打底层、堆焊层、修复层的顺序的焊接，保证修复区域与母材紧密贴合，从而保证设备整体结构性能。
5、修复层中起焊点的位置以及该起焊点的送丝量，以保证焊接熔池饱满，防止出现咬边缺陷，同时修复层的顶部高于上坡口，并再进行打磨，以保证修复区域与母材整体紧密贴合，保证设备整体结构稳定。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对待修复母材的缺陷处进行预处理，加工成上宽下窄的坡口焊缝；
S2、确定焊缝下坡口的宽度，若宽度大于焊丝直径，在下坡口两侧沿焊缝长度方向分别并列进行至少一列的焊肉焊接，直至下坡口的宽度达到与焊丝直径的大小相同，其次，在两侧焊肉之间的焊缝上进行焊接，将焊缝端部设定为起焊点，起焊点的两端分别搭接在焊肉上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，且每个焊点的两端分别搭接在焊肉上，形成沿焊缝长度方向的焊道，形成打底层；
若宽度小于或等于焊丝直径，直接将焊缝端部设定为起焊点，起焊点的两端分别搭接在母材上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，且每个焊点的两端分别搭接在母材上，形成沿焊缝长度方向的焊道，形成打底层；
其中，上述每个起焊点、焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝先进行向前连续送丝，再进行向下连续压丝，完成后，焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离；
S3，在所述打底层上叠加焊接有多层堆焊层，形成堆焊层区块，所述堆焊层区块的顶部低于焊缝上坡口；
其中，首个所述堆焊层初始焊道的起焊点叠加焊接在所述打底层的起焊点上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，形成沿焊缝长度方向的初始焊道，下一焊道的起焊点叠加焊接在上一焊道的起焊点上，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，依次类推，直至将每层堆焊层焊接完成；
上述每个起焊点、焊点通过激光光束照射焊丝融化并对焊丝进行连续送丝，完成后，焊丝通过激光光束照射继续融化的同时，将焊丝抽离；
S4，在所述堆焊层区块上叠加焊接有修复层，所述修复层的顶部高于焊缝上坡口；
其中，所述修复层的起焊点将母材与堆焊层区块连接，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，所述修复层中焊道的焊接方式以及每个所述焊道中起焊点、焊点的焊接方式与所述堆焊层中起焊点、焊点以及焊道的焊接方式相同；
S5、对高于上坡口的修复层进行打磨，使修复层与上坡口平齐。
2.根据权利要求1所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：步骤S2中，所述焊肉的起焊点为下坡口端部，其余焊点依次叠加焊接在上一焊点上，形成焊肉，下一列焊肉的起焊点叠加焊接在上一列焊肉的起焊点上，依次类推。
3.根据权利要求1所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：所述焊丝沿焊道的焊接方向与水平平面之间的夹角为5～15度，且焊接每个所述焊点时焊丝放置在上一焊点的1/2位置处。
4.根据权利要求3所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：所述焊肉、打底层的起焊点以及堆焊层、修复层的每个初始焊道的起焊点，其焊丝放置在形成该起焊点的1/2位置处。
5.根据权利要求1所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：同一所述焊道下一焊点的边界位于所述上一焊点的1/5位置处，相邻所述焊道下一焊点的边界位于所述上一焊点的1/3～1/2位置处。
6.根据权利要求1所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：所述修复层中起焊点焊接时的送丝给进量相对于所述打底层以及堆焊层中焊接点焊接时的送丝给进量多1/3～1/2。
7.根据权利要求1所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：所述堆焊层区块的顶部焊脚距所述上坡口0.1mm。
8.根据权利要求1所述的修复母材贯穿性缺陷的激光焊接方法，其特征在于：每焊接完一层采用带有丙酮或工业酒精的工业棉进行擦拭。
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