CN113182689A - 一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，属于金属材料焊接技术领域，所述焊接方法是由双焦点激光焊枪发出两束激光沿待焊路径前‑后分布，前置激光束采用较大的功率进行深熔焊，用于实现角型接头的根部焊透；后置激光采用较低功率的脉冲输出进行热传导焊，用于熔化持续给进的焊丝，以满足焊脚尺寸的要求。采用该方法可实现腹板厚度为2mm‑8mm的承载结构角型焊缝的激光焊接一次成型，同时满足根部焊透和焊脚尺寸的要求，设备集成度高，灵活性和可达性较好，工艺适用性良好，有利于提高后置激光填丝熔化效率，整个焊接过程无电弧等其它热源的引入，有利于降低焊接变形。
Description
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法。
背景技术
对于承压结构的钛合金中薄（2mm-8mm）板角型材的激光焊接，为了同时满足钛合金角型接头根部焊透和焊脚尺寸的要求，传统焊接方法是开坡口，然后采用钨极氩弧焊（G角AW）或熔化气体保护焊（GMAW）填充盖面焊接，焊接效率低，焊后变形大。激光焊接角型材可开坡口，目前激光焊接角型材通常采用的方法有两种：一种方法是先采用激光焊打底，实现根部焊透，再通过GTAW、GMAW或激光填丝焊盖面，以满足焊脚尺寸的要求，该方法需要进行两次焊接，造成焊接周期长，焊接效率低，母材变形量大；另一种是采用激光-GMAW复合焊，该方法可实现单面一次焊接成型，但是激光电弧复合装置较为复杂，灵活性和可达性较差，另外，电弧的引入会导致焊接热输入量增加，不利于焊后变形的控制。
发明内容
为了解决中薄（2mm-8mm）钛合金角型材焊接效率低、焊后变形大的问题，本发明的目的在于提供一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，采用该方法可实现腹板厚度为2mm-8mm的承载结构角型焊缝的激光焊接一次成型，同时满足根部焊透和焊脚尺寸的要求。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，所述双光束激光沿待焊路径前-后分布，前置激光束进行深熔焊，后置激光进行热传导焊；包括以下步骤：
步骤一、母材清理：首先将钛合金母材面板和腹板酸洗，然后采用硬质磨头将待焊区域30mm范围清理干净，最后采用丙酮或酒精擦拭待焊区域；
步骤二、气体保护：正面背面均安装氩气拖罩或其他保护装置，保证焊接过程中的高温区域均在高纯氩气氛围的保护中；
步骤三、参数设置：根据板厚和工艺要求，分别设置包括前置激光和后置激光的输出形式、功率、离焦量、相对距离、送丝位置和速度、焊接速度在内的参数；
步骤四、位置示教：设置激光角度和偏移量，示教焊缝位置并模拟焊接；
步骤五、启动焊接：指示激光的到达起始焊接位置后，启动两束激光，并打开送丝开关；
步骤六、焊接过程：前置激光采用大功率4000W-9000W，小离焦量0～+10mm，得到深熔焊缝；后置激光采用小功率2000W-3500W，大离焦量+20mm～+35mm，用于焊丝的熔化，以形成具有足够焊脚尺寸的填丝焊缝；送丝机构将焊丝持续、精准的送到后置激光的斑点处；前置激光、后置激光、焊丝、送丝机构相对位置固定，沿着焊接方向以设定的焊接速度在母材上运动，即可实现角型焊缝的一次焊接成型；
步骤七、焊接结束：到达焊接结束位置后，关闭两束激光和送丝，氩气氛围保持10秒左右，焊接结束。
所述腹板的厚度为2mm-8mm。
所述前置激光功率为4500W-5000W，后置激光功率为3000W，焊接速度72cm/min，送丝速度3m/min。
所述前置激光和后置激光由一路激光通过双焦点激光焊枪发出。
本发明提出采用双光束激光焊接钛合金承载结构角型接头，具有以下优点：
1、采用该方法可实现腹板厚度为2mm-8mm的承载结构角型焊缝的激光焊接一次成型，同时满足根部焊透和焊脚尺寸的要求，提升了焊接效率。
2、前后两束激光可由一路激光通过双焦点激光焊枪发出，设备集成度高，灵活性和可达性较好。
3、通过分别调节前后光束的输出形式、功率、相对位置、离焦量等参数，可实现不同规格的钛合金角型接头的焊接，工艺适用性良好。
4、前置激光进行深熔焊，保证角型材焊透，同时也可以对后置激光焊接进行预热，有利于提高焊丝熔化效率。
5、本发明可实现钛合金角型接头的一次焊接成型，整个焊接过程无电弧等其它热源的引入，有利于降低焊接变形。
附图说明
图1是双光束激光焊接钛合金承载结构角型接头示意图；图中：1-面板，2-腹板，3-前置激光，4-后置激光，5-熔池和小孔，6-深熔焊缝，7-填丝焊缝，8-焊丝，9-送丝机构，10-焊接方向；
图2是4mm⊥4mm钛合金角型材焊缝外观图；
图3是4mm⊥4mm钛合金角型材宏观断面图；
图4是4mm⊥8mm钛合金角型材焊缝外观图；
图5是4mm⊥8mm钛合金角型材宏观断面图。
具体实施方式
为了钛合金角型接头的激光焊接一次成型，保证满足根部焊透和焊脚尺寸的同时，提高焊接效率、降低焊接变形，本发明提出由双焦点激光焊枪发出两束激光源，双光束激光焊接钛合金承载结构角型接头，两束激光沿待焊路径前-后分布，前置激光束采用较大的功率进行深熔焊，用于实现角型接头的根部焊透；后置激光采用较低功率激光进行热传导焊，用于熔化持续给进的焊丝，以满足焊脚尺寸的要求。
本发明提出的采用双光束激光焊接钛合金承载结构角型接头，主要由3-前置激光、4-后置激光、8-焊丝、9-送丝机构、母材等组成，其中母材由1-面板和2-腹板组成，二者垂直放置形成待焊角型接头；3-前置激光的离焦量较小、功率较大，以便在形成的角型接头上形成5-熔池和小孔，通过激光深熔焊获得较大的熔深，从而得到6-深熔焊缝；4-后置激光的离焦量较大、功率较小，常采用脉冲输出的形式，用于8-焊丝的熔化，以形成具有足够焊脚尺寸的7-填丝焊缝；9-送丝机构将8-焊丝持续、精准的送到4-后置激光的斑点处；3-前置激光、4-后置激光、8-焊丝、9-送丝机构相对位置固定，沿着示教的10-焊接方向以设定的焊接速度在母材上运动，即可实现角型焊缝的一次焊接成型。
本发明提出的采用双光束激光焊接钛合金承载结构角型接头，具体的实施过程如下：
1、母材清理：首先将钛合金母材1-面板和2-腹板酸洗，然后采用硬质磨头将的待焊区域30mm范围清理干净，最后采用丙酮或酒精擦拭待焊区域。
2、气体保护：正/面背面均安装氩气拖罩或其他保护装置，保证焊接过程中的高温区域均在高纯氩气氛围的保护中。
3、参数设置：根据板厚和工艺要求，分别设置3-前置激光和4-后置激光的输出形式、功率、离焦量、相对距离、送丝位置和速度、焊接速度等参数。
4、位置示教：设置一定的激光角度和偏移量，示教焊缝位置并模拟焊接。
5、启动焊接：指示激光的到达起始焊接位置后，启动两束激光，并打开送丝开关。
6、焊接过程：3-前置激光采用小离焦量、大功率，得到6-深熔焊缝；4-后置激光采用大离焦量、小功率，用于8-焊丝的熔化，以形成具有足够焊脚尺寸的7-填丝焊缝；9-送丝机构将8-焊丝持续、精准的送到4-后置激光的斑点处；3-前置激光、4-后置激光、8-焊丝、9-送丝机构相对位置固定，沿着10-焊接方向以设定的焊接速度在母材上运动，即可实现角型焊缝的一次焊接成型。
7、焊接结束：到达焊接结束位置后，关闭两束激光和送丝，氩气氛围保持10秒左右，焊接结束。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图2和图3所示，所述的钛合金T型角接双光束激光焊接接头外观及焊缝宏观断面，面板和腹板均为4mm，两边角焊缝分别采用双光束激光填丝焊接，实现T型角接头双面焊一次焊透成型，选用焊接工艺规范：前置激光功率4500w，后置激光功率3000w，离焦量+10mm，焊接速度72cm/min，送丝速度3m/min，焊接正面和背面保护气体均为99.99%纯氩气。双光束激光焊接接头表面成型美观，呈银白色，角焊缝过渡圆滑，表面没有裂纹、未熔合、咬边、弧坑、飞溅物、焊瘤等缺陷，表面质量良好；双光束激光焊接接头宏观断面表面，焊缝熔合性良好，内部无裂纹、气孔、夹杂、未熔合、未焊透、形状和尺寸不良等缺陷，内部质量良好。因此通过双光束激光焊接可以获得高效率、高质量的焊接接头。
实施例2
如图4和图5所示，所述的钛合金T型角接双光束激光焊接接头外观及焊缝宏观断面，面板为8mm，腹板为4mm，两边角焊缝分别采用双光束激光填丝焊接，实现T型角接头双面焊一次焊透成型，选用焊接工艺规范：前置激光功率5000w，后置激光功率3000w，离焦量+10mm，焊接速度72cm/min，送丝速度3m/min，焊接正面和背面保护气体均为99.99%纯氩气。双光束激光焊接接头表面成型美观，呈银白色，角焊缝过渡圆滑，表面没有裂纹、未熔合、咬边、弧坑、飞溅物、焊瘤等缺陷，表面质量良好；双光束激光焊接接头宏观断面表面，焊缝熔合性良好，内部无裂纹、气孔、夹杂、未熔合、未焊透、形状和尺寸不良等缺陷，内部质量良好。因此通过双光束激光焊接可以获得高效率、高质量的焊接接头。
需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，其特征在于：所述双光束激光沿待焊路径前-后分布，前置激光束进行深熔焊，后置激光进行热传导焊；具体包括以下步骤：
步骤一、母材清理：首先将钛合金母材面板和腹板酸洗，然后采用硬质磨头将待焊区域25mm范围清理干净，最后采用丙酮或酒精擦拭待焊区域；
步骤二、气体保护：正面背面均安装氩气拖罩或其他保护装置，保证焊接过程中的高温区域均在高纯氩气氛围的保护中；
步骤三、参数设置：根据板厚和工艺要求，分别设置包括前置激光和后置激光的输出形式、功率、离焦量、相对距离、送丝位置和速度、焊接速度在内的参数；
步骤四、位置示教：设置激光角度和偏移量，示教焊缝位置并模拟焊接；
步骤五、启动焊接：指示激光的到达起始焊接位置后，启动两束激光，并打开送丝开关；
步骤六、焊接过程：前置激光采用大功率3500W-9000W，小离焦量0～+10mm，得到深熔焊缝；后置激光采用小功率2000W-4000W，大离焦量+20mm～+35mm，用于焊丝的熔化，以形成具有足够焊脚尺寸的填丝焊缝；送丝机构将焊丝持续、精准的送到后置激光的斑点处；前置激光、后置激光、焊丝、送丝机构相对位置固定，沿着焊接方向以设定的焊接速度在母材上运动，即可实现角型焊缝的一次焊接成型；
步骤七、焊接结束：到达焊接结束位置后，关闭两束激光和送丝，氩气氛围保持10秒左右，焊接结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，其特征在于：所述腹板的厚度为2mm-8mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，其特征在于：所述前置激光功率为4500W-5000W，离焦量0～+10mm，后置激光功率为3000W，离焦量+20mm～+35mm，焊接速度72cm/min，送丝速度3m/min。
4.根据权利要求1所述的一种基于双光束激光的钛合金角型接头焊接方法，其特征在于：所述前置激光和后置激光由一路激光通过双焦点激光焊枪发出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210730 |