CN110091067A - 一种用于焊接中厚板的激光和k-tig复合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊接中厚板的激光和K‑TIG复合焊接方法，包括如下步骤：1)选定设备，选用成本较低的低功率激光器和K‑TIG焊接设备；2)选定需要焊接的中厚板，在所述中厚板上设有台阶式坡口，所述台阶式坡口包括上坡口和下坡口，所述上坡口与下坡口均为I型坡口，所述上坡口的间隙大于下坡口的间隙；3)激光焊接，选用成本较低的低功率激光器对下坡口进行激光深熔焊接，一次性熔透，双面成型，下坡口的厚度不大于激光熔透极限；4)K‑TIG焊接，对通过步骤3)的中厚板再通过K‑TIG焊接设备对上坡口进行K‑TIG自熔焊接。本发明不但提高了中厚板的焊接效率，并且还降低了焊接设备的制造成本，同时还提高了中厚板的焊接质量和焊缝的美观性能。
Description
技术领域
本发明涉及中厚板焊接技术领域，特别涉及到一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法。
背景技术
中厚板的厚度一般在15-25mm之间，其应用非常广泛，主要应用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁建造等。还可以用来制造各种容器、炉壳、炉板、桥梁及汽车静钢钢板、低合金钢钢板、造船钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、花纹钢板、汽车大梁钢板、拖拉机某些零件及焊接构件等。钢铁的应用势必离不开焊接技术，目前中厚板的焊接主要采用传统的焊接方法，如非熔化极气体保护焊(GTAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)和埋弧焊(SAW)等。但是传统的焊接存在以下几个问题：1.开设破口较大、填充焊丝较多、效益低。2.多层多道焊、效率低。3.热输入大、焊接变形大。4.热损伤大，接头性能差。
随着焊接热源和技术的发展，目前激光焊接、电子束焊接，等离子弧焊等能量密较高的焊接方法逐渐用于中厚板的焊接当中。这些高能束焊接虽然能够在不开坡口的情况下实现良好的熔合及熔透能力，提高焊接效率、降低焊接热输入、大幅降低焊材的使用量，提高经济效益。但是这类焊接设备随着功率的提高，设备成本和维护成本大幅度提高，且施工环境要求较高，也就说采用传统的焊接方式焊接中厚板虽然成本比较低，但是效率也比较低；采用高能束焊接方式焊接中厚板虽然效率比较高，但是成本也比较高。而目前有一种加强版的TIG焊接为K-TIG焊接，K-TIG焊接方式就是在传统TIG焊接的基础上，通过大电流(大于300A)形成的较大电弧压力与熔池液态金属的表面张力实现相对的平衡，形成小孔实现深熔焊接。K-TIG焊接拥有设备简单，远超TIG焊的焊接深度，高效、高速、低成本等优点，但是也存在熔深限制的问题，难以焊透15mm以上厚度钢板，因此现有技术的焊接方法难以满足中厚板的焊接需求。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明目的提供了一种设计合理、结构简单、操作方便、不但提高了中厚板的焊接效率，并且还降低了焊接设备的制造成本，同时还提高了中厚板的焊接质量和焊缝的美观性能的用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案来实现的：
一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选定设备，选用成本较低的低功率激光器和K-TIG焊接设备；
2)选定需要焊接的中厚板，在所述中厚板上设有台阶式坡口，所述台阶式坡口包括上坡口和下坡口，所述上坡口与下坡口均为I型坡口，所述上坡口的间隙大于下坡口的间隙；
3)激光焊接，选用成本较低的低功率激光器对下坡口进行激光深熔焊接，一次性熔透，双面成型，下坡口的厚度不大于激光熔透极限；
4)K-TIG焊接，对通过步骤3)的中厚板再通过K-TIG焊接设备对上坡口进行K-TIG自熔焊接。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤1)成本较低的低功率激光器的焊接参数：激光功率为3800-4200W，焊接速度为1-1.5m/min，聚焦量为-14mm，保护气流量(Ar)为15L/min；
K-TIG焊接设备的焊接参数：焊接电流为510-550(A)，焊接速度为210-250mm/min，电弧长度为2-4，保护气流量(Ar)为30L/min，钨极直径为8mm，钨级尖端夹角为50°。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤2)的中厚板的材料为不锈钢、Invar钢、碳钢的任意一种，所述中厚板的厚度为15-25mm。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤2)的中厚板为invar36钢合金，其中各元素质量百分比是：Ni为35％-37％、C为0.05％、Si为0.2％、Mn为0.2％-0.6％、P为0.02％、S为0.02％、其余为Fe，尺寸为：250mm*100mm*20mm。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤2)的上坡口的间隙为0.5-1mm，下坡口的间隙为0-0.3mm。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤2)的上坡口的间隙为0.8mm，下坡口的间隙为0mm。
与现有技术相比，本发明首先通过成本较低的低功率激光器对下坡口进行激光深熔焊接，然后再通过K-TIG焊接设备对上坡口进行K-TIG自熔焊接，利用激光焊接和K-TIG焊接有效的结合，不但提高了中厚板的焊接效率，并且还降低了焊接设备的制造成本，同时还提高了中厚板的焊接质量和焊缝的美观性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中厚板焊接前的结构示意图。
图2为本发明中厚板焊接后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参照图1-图2所示，图中给出的一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，包括如下步骤：
1)选定设备，选用成本较低的低功率激光器和K-TIG焊接设备；
成本较低的低功率激光器的焊接参数：激光功率为3800-4200W，焊接速度为1-1.5m/min，聚焦量为-14mm，保护气流量(Ar)为15L/min；具体参数可参照表1：
表1
| 焊接方法 | 激光功率 | 焊接速度 | <u>离焦量</u> | 保护气流量(Ar) | 对接间隙 |
| 激光焊接 | 3800W-4200W | 1-1.5(m/min) | -14(mm) | 15L/min | 0mm |
K-TIG焊接设备的焊接参数：焊接电流为510-550A，焊接速度为210-250mm/min，电弧长度为2-4，保护气流量(Ar)为30L/min，钨极直径为8mm，钨级尖端夹角为50°，具体参数可参照表2：
表2
2)选定需要焊接的中厚板100，在中厚板100上设有台阶式坡口110，台阶式坡口110包括上坡口112和下坡口111，上坡口112与下坡口111均为I型坡口，上坡口112的间隙大于下坡口111的间隙，上坡口112的间隙为0.5-1mm，下坡口111的间隙为0-0.3mm，在本实施例中上坡口112的间隙为0.8mm，下坡口111的间隙为0mm；
中厚板100的材料为不锈钢、Invar钢、碳钢的任意一种，中厚板100的厚度为15-25mm，在本实施例中中厚板为Invar36，其中各元素质量百分比是：Ni为35％-37％、C为0.05％、Si为0.2％、Mn为0.2％-0.6％、P为0.02％、S为0.02％、其余为Fe，尺寸为：250mm*100mm*20mm，中厚板各元素质量百分比可参照表3；
表3
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Fe |
| ≤0.05 | ≤0.2 | 0.2-0.6 | ≤0.02 | ≤0.02 | 35-37 | 余量 |
3)激光焊接，选用成本较低的低功率激光器对下坡口进行激光深熔焊接，一次性熔透，双面成型，最终在下坡口上得到激光焊缝区200，下坡口111的厚度δ1不大于激光熔透极限；
4)K-TIG焊接，对通过步骤3)的中厚板再通过K-TIG焊接设备对上坡口进行K-TIG自熔焊接，最终在上坡口上得到K-TIG焊缝区300，上坡口112的厚度δ2＝δ-δ1，δ为中厚板100的整体厚度。
综上所述本发明首先通过成本较低的低功率激光器对下坡口进行激光深熔焊接，然后再通过K-TIG焊接设备对上坡口进行K-TIG自熔焊接，利用激光焊接和K-TIG焊接有效的结合，不但提高了中厚板的焊接效率，并且还降低了焊接设备的制造成本，同时还提高了中厚板的焊接质量和焊缝的美观性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选定设备，选用低功率激光器和K-TIG焊接设备；
2)选定需要焊接的中厚板，在所述中厚板上设有台阶式坡口，所述台阶式坡口包括上坡口和下坡口，所述上坡口与下坡口均为I型坡口，所述上坡口的间隙大于下坡口的间隙；
3)激光焊接，选用成本较低的低功率激光器对下坡口进行激光深熔焊接，一次性熔透，双面成型，下坡口的厚度不大于激光熔透极限；
4)K-TIG焊接，对通过步骤3)的中厚板再通过K-TIG焊接设备对上坡口进行K-TIG自熔焊接。
2.根据权利要求书1所述的一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于：所述步骤1)成本较低的低功率激光器的焊接参数：激光功率为3800-4200W，焊接速度为1-1.5m/min，聚焦量为-14mm，保护气流量(Ar)为15L/min；
K-TIG焊接设备的焊接参数：焊接电流为510-550A，焊接速度为210-250mm/min，电弧长度为2-4，保护气流量(Ar)为30L/min，钨极直径为8mm，钨级尖端夹角为50°。
3.根据权利要求书1所述的一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于：所述步骤2)的中厚板的材料为不锈钢、Invar钢、碳钢的任意一种，所述中厚板的厚度为15-25mm。
4.根据权利要求书3所述的一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于：所述步骤2)的中厚板为Invar36，其中各元素质量百分比是：Ni为35％-37％、C为0.05％、Si为0.2％、Mn为0.2％-0.6％、P为0.02％、S为0.02％、其余为Fe，尺寸为：250mm*100mm*20mm。
5.根据权利要求书1所述的一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于：所述步骤2)的上坡口的间隙为0.5-1mm，下坡口的间隙为0-0.3mm。
6.根据权利要求书5所述的一种用于焊接中厚板的激光和K-TIG复合焊接方法，其特征在于：所述步骤2)的上坡口的间隙为0.8mm，下坡口的间隙为0mm。
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