CN113523615B - 一种中厚板双光束激光焊接方法 - Google Patents

一种中厚板双光束激光焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种中厚板双光束激光焊接方法,包括步骤:一、将板材焊道及两侧20mm范围内打磨清渣;二、将打磨清渣完毕的板材固定夹紧在焊接平台上;三、设定主光束和辅光束激光焊接工艺参数,主光束激光功率≥辅光束激光功率,主光束的激光功率≥3KW,辅光束的激光功率≥2kW,焊接速度为0.2~1m/min,送丝速度为1~8m/min,离焦量为10~30mm;四、将辅光束光斑聚焦于焊缝板材一侧根部;五、将主光束光斑聚焦于焊缝中心处;六、主光束和辅光束同向移动实现焊接。本发明可以有效降低焊缝间隙稳定性控制难度;通用性强,焊缝形式可以是对接或角接形式,焊接方式可以是填丝焊或无填充焊接;激光束摆动方向可控调节。

Description

一种中厚板双光束激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种中厚板双光束激光焊接方法,属于激光焊接技术领域。
背景技术
目前,挖掘机结构件通常在进行中厚板材(板厚≥4.5mm)拼点时,存在板材焊缝间隙控制难度大,板材边缘准直度和端面平整度难以保证等问题。在激光焊接领域,单激光焊技术对板材焊缝拼点间隙稳定性控制要求较高。这是因为单激光焊能量密度大、分布集中,在单激光焊能量一定情况下,拼点间隙过大或过小时,焊缝很容易出现塌陷、焊漏、根部未熔合等焊接缺陷,产品探伤不良率高,增加气刨返修成本,不符合精益生产要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种中厚板双光束激光焊接方法,有效降低焊缝间隙稳定性的控制难度。
为了实现上述目的,本发明采用的一种中厚板双光束激光焊接方法,包括以下步骤:
步骤一、将板材焊道及两侧20mm范围内打磨清渣;
步骤二、将打磨清渣完毕的板材固定夹紧在焊接平台上;
步骤三、设定双光束激光焊接工艺参数,双光束包括主光束和辅光束,主光束激光功率≥辅光束激光功率,主光束的激光功率≥3KW,辅光束的激光功率≥2kW,焊接速度为0.2~1m/min,送丝速度为1~8m/min,离焦量为10~30mm;
步骤四、将辅光束光斑聚焦于焊缝板材一侧根部;
步骤五、将主光束光斑聚焦于焊缝中心处;
步骤六、主光束和辅光束同向移动实现焊接。
作为改进,当对接焊缝焊接时,主光束垂直于焊缝根部中心处,主光束与辅光束夹角范围为0°≤α≤90°。
作为改进,当角接焊缝焊接时,主光束与焊缝夹角为45°,主光束与辅光束的夹角范围0°≤γ≤45°。
作为改进,当开坡口焊缝焊接时,主光束聚焦于焊丝部位,送丝方向与主光束的夹角设为β,夹角范围0≤β≤30°。
作为改进,采用的焊接保护气为纯氩气或氩气和二氧化碳组成的混合气体。
作为改进,所述主光束和辅光束的间距为0mm≤d≤8mm。
作为改进,所述中厚板的厚度≥4.5mm。
与现有技术相比,本发明的中厚板双光束激光焊接方法,具有如下有益效果:
(1)对中厚板材拼点间隙控制难度要求较低,可以有效减小结构件平整度调整的时间,提高生产效率,从而达到降本增效的目的。
(2)中厚板双光束激光焊接相比单激光焊接可以有效减小焊缝焊漏、焊穿等现象,减少返修时间,同时提高结构件产品质量。
(3)稳定焊接的双光束可以有效提高熔深和焊接效率。
附图说明
图1为本发明的对接焊缝焊接示意图;
图2为本发明的角接焊缝焊接示意图;
图中:1、焊缝,2、保护气,3、主光束,4、焊丝,5、辅光束。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
如图1、图2所示,一种中厚板双光束激光焊接方法,具体操作步骤如下所示:
步骤一、将中厚板材(板厚≥4.5mm)焊道及两侧20mm范围内打磨清渣;
步骤二、将打磨清渣完毕的板材固定夹紧在焊接平台上;
步骤三、设定激光焊接工艺参数;
步骤四、将辅光束5光斑聚焦于对接焊缝板材A(角接焊缝板材C)一侧根部;
步骤五、将主光束3光斑聚焦于焊缝中心处;
步骤六、主光束3和辅光束5同向移动实现焊接。
其中,所述双光束包括主光束3和辅光束5,一般主光束3的激光功率大于辅光束5激光功率(对于间隙很好的构件,辅光束激光功率也可和主光束激光功率相等,用于提高熔深和焊接效率),双光束可以分两束激光获得,也可以使用同一光束通过分光镜设定获得。主光束3的激光功率≥3KW,辅光束5的激光功率≥2kW,焊接速度为0.2~1m/min,送丝速度为1~8m/min,离焦量为10~30mm。焊接的保护气2为纯氩气或氩气和二氧化碳组成的混合气体,具体可以综合实际生产进行选取。
以对接焊缝为例,如图1所示,辅光束5为先行光束,其作用主要是进行焊前预处理和实现对接缝间隙弥合。辅光束5对焊道进行预热处理,激光光斑能量集中于对接缝板材A一侧的根部使其熔化,然后通过热传导熔化另一侧母材,形成搭桥,实现板材对接缝间隙的弥合。主光束3为后行光束,其主要聚焦于焊缝1的中心处,与辅光束5相互耦合,在熔池中作用于同一个匙孔,在双光束焦点作用下在焊缝1处形成一个大匙孔,相较于单激光焊,在本发明的这种状态下热源面积接触量较大,进而匙孔尺寸也更大,更大的匙孔深度和宽度可以增加熔池的深度,因而可以有效避免中厚板焊接时出现焊缝未熔合、未焊透等缺陷。采用主光束3和辅光束5焊接形式降低了焊接时熔合区的能量密度,降低焊缝出现焊漏、焊穿的风险。
主光束3与辅光束5同向移动,主光束3垂直于焊缝根部中心处,与辅光束5的夹角范围为0°≤α≤90°,具体如图1所示。双光束主要通过振镜摆动进行焊接,并且其间距不宜过大,距离范围为0mm≤d≤8mm效果较好。这是由于两个光束间隔过大时,两个焦点的耦合作用较弱,主光束3和辅光束5会各自形成匙孔,且匙孔的深度和宽度都较小,最终会形成宽而浅的熔池,造成根部未熔合缺陷。
本发明同样适用于中厚板角接焊缝焊接,与对接焊缝的差异为:将辅光束5光斑聚焦于角焊缝板材C一侧根部使其熔化,然后通过热传导熔化另一侧母材,形成搭桥,实现板材角接缝间隙的弥合,主光束3与焊缝1的夹角为45°,主光束3与辅光束5的夹角范围0°≤γ≤45°,具体如图2所示。
针对中厚板开坡口焊缝,可将辅光束5聚焦于板材钝边部位,形成搭桥形式,主光束3则聚焦于焊丝部位,焊丝4的送丝方向与主光束3的夹角设为β,夹角范围0≤β≤30°。在焊接过程中可以根据板材厚度、钝边大小等因素调整焊接功率、焊接速度、送丝速度、离焦量等参数以满足焊接工艺要求,在激光填丝过程中焊丝4以液桥过渡的形式进入熔池内,该过程表面流动平稳,对熔池的冲击力较小,因而焊接过程较为稳定。
同时本发明可通过调整振镜旋转角度,实现激光束摆动方向的可控调节。在对接焊缝焊接时激光束摆动方向一般垂直于焊接方向;而角接焊缝焊接时,激光束摆动方向可以平行于焊接方向,也可以垂直于焊接方向,具体实际激光束摆动方向综合考虑角接形式进行选取。
本发明的中厚板双光束激光焊接方法,采用辅光束在前,对焊缝进行预热处理,并实现焊缝的搭桥;主光束在后,对焊缝进行能量输出,通过母材熔化或焊丝填充使焊缝熔合实现连接,可以有效降低焊缝间隙稳定性控制难度。
本发明可以有效降低焊缝间隙稳定性控制难度,该方法通用性强,焊缝形式可以是对接或角接形式,焊接方式可以是填丝焊或无填充焊接;并通过调整振镜旋转角度,实现激光束摆动方向的可控调节,应用便捷;可有效降低焊接中“透则漏”现象,同时确保焊缝熔深,提高产品合格率,降低气刨返修工作量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种中厚板双光束激光焊接方法,其特征在于,所述中厚板的厚度≥4 .5mm,中厚板双光束激光焊接方法包括以下步骤:
步骤一、将板材焊道及两侧20mm范围内打磨清渣;
步骤二、将打磨清渣完毕的板材固定夹紧在焊接平台上;
步骤三、设定双光束激光焊接工艺参数,双光束包括主光束和辅光束,辅光束为先行光束、主光束为后行光束,主光束激光功率>辅光束激光功率,主光束的激光功率≥3KW,辅光束的激光功率≥2kW,焊接速度为0.2~ 1m/min,送丝速度为1~8m/min,离焦量为10~30mm;
步骤四、将辅光束光斑聚焦于焊缝板材一侧根部,在焊接时辅光束光斑能量集中于该侧根部以使其熔化,然后通过热传导熔化另一侧母材,形成搭桥; 步骤五、将主光束光斑聚焦于焊缝中心处,在焊接时,在熔池中主光束光斑与辅光束光斑作用于同一个匙孔; 步骤六、主光束和辅光束同向移动实现焊接。
2.根据权利要求1所述的一种中厚板双光束激光焊接方法,其特征在于,当对接焊缝焊接时,主光束垂直于焊缝根部中心处,主光束与辅光束夹角范围为0°≤α≤90°。
3.根据权利要求1所述的一种中厚板双光束激光焊接方法,其特征在于,当角接焊缝焊接时,主光束与焊缝夹角为45°,主光束与辅光束的夹角范围0°≤γ≤45 °。
4.根据权利要求1所述的一种中厚板双光束激光焊接方法,其特征在于,当开坡口焊缝焊接时,主光束聚焦于焊丝部位,送丝方向与主光束的夹角设为β,夹角范围0≤β≤30°。
5.根据权利要求1所述的一种中厚板双光束激光焊接方法,其特征在于,采用的焊接保护气为纯氩气或氩气和二氧化碳组成的混合气体。
6.根据权利要求1所述的一种中厚板双光束激光焊接方法,其特征在于,所述主光束和辅光束的间距为0mm<d≤8mm。
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