CN114248000B - 焊接方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，提供一种焊接方法及系统，所述方法包括：对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口，并对所述坡口进行打磨和清洗；对所述坡口进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口的打底层；在所述打底层上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接。本发明提供的一种焊接方法及系统，通过采用CMT焊接技术进行打底焊接，获得背面成型优良的打底焊道，然后采用高效的激光电弧复合焊工艺进行填充焊道的焊接，解决了打底焊道背面成型不良问题，同时避免焊缝背面余高过高、焊瘤、烧穿、夹渣、气孔和坡口两侧熔合不良缺陷，提高产品使用寿命。

Description

焊接方法及系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种焊接方法及系统。

背景技术

随着机械工程制造业的不断发展，焊接工程结构日趋大型化、复杂化，且对焊接质量的要求也日趋提高。目前，机械制造行业在进行厚板焊接时多采用MAG焊接工艺进行焊接加工，具有较为稳定的焊接工艺性能和质量优良的焊接接头，可用于空间各种位置的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢的焊接，为了提高焊接效率，一般会采用大电流高速焊接。

在使用MAG焊接工艺对厚度进行焊接时，为了提高焊接效率，一般会采用大电流高速焊接，但是热输入增大后容易出现一些焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷，存在焊道背面成型不良的问题，并影响接头的抗拉强度和力学性能。进行焊接工艺改进，采用高效焊接工艺来提高生产效率，降低焊接缺陷是先进制造业发展的必然需求。

发明内容

本发明提供一种焊接方法及系统，用以解决存在焊道背面成型不良的问题，通过采用CMT焊接技术进行打底焊接，获得背面成型优良的打底焊道，然后采用高效的激光电弧复合焊工艺进行填充焊道的焊接，避免打底焊道背面成型不良问题，同时可以避免焊缝背面余高过高、焊瘤、烧穿、夹渣、气孔和坡口两侧熔合不良缺陷，提高产品使用寿命。

根据本发明第一方面提供的一种焊接方法，包括：

对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口，并对所述坡口进行打磨和清洗；

对所述坡口进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口的打底层；

在所述打底层上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接。

根据本发明的一种实施方式，所述对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口，并对所述坡口进行打磨和清洗的步骤中，具体包括：

将第一母材与第二母材对接形成所述待焊工件，其中所述待焊工件的对接处为所述预焊部位；

对所述待焊工件的预焊部位加工形成所述坡口。

根据本发明的一种实施方式，所述坡口的坡口开角介于30°至120°之间。

根据本发明的一种实施方式，所述对所述坡口进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口的打底层的步骤中，具体包括：

采用焊枪沿所述坡口的延伸方向，以第一夹角进行CMT焊接形成所述打底层；

所述第一夹角为所述焊枪与所述第一母材或者所述第二母材形成的角度。

根据本发明的一种实施方式，所述第一夹角为所述坡口开角的一半。

根据本发明的一种实施方式，所述对所述坡口进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口的打底层的步骤中，所述CMT焊接的工艺参数包括：第一送丝速度、第一焊接速度和第一焊接保护气流量；

其中，所述第一送丝速度介于10至40米/分之间；

所述第一焊接速度介于0.3至1.5米/分之间；

所述第一焊接保护气流量介于10至40升/分之间。

根据本发明的一种实施方式，所述在所述打底层的上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接的步骤中，具体包括：

在所述打底层的表面上，沿所述坡口的延伸方向，通过激光预热后，以第二夹角施加激光电弧复合焊；

所述第二夹角为焊枪与所述第一母材或者所述第二母材形成的角度。

根据本发明的一种实施方式，所述第二夹角为所述坡口开角的一半。

根据本发明的一种实施方式，所述在所述打底层的上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接的步骤中，所述激光电弧复合的工艺参数包括：激光功率、第二焊接速度、离焦量、光丝间距、第二送丝速度和第二焊接保护气流量；

其中，所述激光功率介于2000至6000瓦之间；

所述第二焊接速度介于0.3至1.5米/分之间；

所述离焦量介于5至40毫米之间；

所述光丝间距介于0.5至5毫米之间；

所述第二送丝速度介于2至10米/分之间；

所述第二焊接保护气流量介于10至40升/分之间。

根据本发明的一种实施方式，采用的焊接保护气为氩气。

根据本发明第二方面提供的一种焊接系统，包括：机加工装置、第一焊枪、第二焊枪和激光器；

所述机加工装置用于对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口，并对所述坡口进行打磨和清洗；

所述第一焊枪对应所述预焊部位设置，用于对所述坡口进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口的打底层；

所述激光器在所述打底层的基础上，对所述第二焊枪的焊接位置施加激光束；

所述第二焊枪在所述打底层的基础上对应所述预焊部位设置，用于施加电弧焊。

根据本发明的一种实施方式，所述第一焊枪与水平面形成第一倾斜角，所述第一倾斜角介于45°至65°之间。

根据本发明的一种实施方式，所述第二焊枪与水平面形成第二倾斜角，所述第二倾斜角介于45°至65°之间。

本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种焊接方法及系统，通过采用CMT焊接技术进行打底焊接，获得背面成型优良的打底焊道，然后采用高效的激光电弧复合焊工艺进行填充焊道的焊接，解决了打底焊道背面成型不良问题，同时避免焊缝背面余高过高、焊瘤、烧穿、夹渣、气孔和坡口两侧熔合不良缺陷，提高产品使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的焊接方法的流程示意图；

图2是本发明提供的焊接系统的布置关系示意图之一；

图3是本发明提供的焊接系统的布置关系示意图之二；

图4是本发明提供的焊接系统的布置关系示意图之三；

图5是本发明提供的焊接系统的布置关系示意图之四。

附图标记：

10、坡口；11、坡口开角；20、第一母材；30、第二母材；40、第一焊枪；41、第一夹角；42、第一倾斜角；50、第二焊枪；51、第二夹角；52、第二倾斜角；53、光丝间距；60、激光器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本发明提供的焊接方法的流程示意图。

图2至图5是本发明提供的焊接系统的布置关系示意图之一至四。

在可能的实施方式中，如图1至图5所示，焊接方法包括如下步骤：

步骤一，通过机械加工获得Q460钢板,其原始尺寸为300毫米×200毫米×20毫米，开45°V型坡口10。

步骤二，对加工后的坡口10及两侧表面进行打磨并用丙酮清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上。

步骤三，使用CMT焊接进行打底焊接，CMT焊接的打底工艺参数为：第一送丝速度6米/分，第一焊接速度0.6米/分，采用氩气作为焊接保护气，第一保护流量20升/分。第一焊枪40与竖直板的第一夹角41为22.5°，第一焊枪40与水平面的第一倾斜角42为50°。

步骤四，使用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接，采用激光在前电弧在后的方式，填充焊道参数为：激光功率3500瓦，第二焊接速度0.6米/分，离焦量20毫米，光丝间距532毫米，第二送丝速度7米/分，采用氩气作为焊接保护气。第二焊枪50与竖直板的第二夹角51为22.5°，第二焊枪50与水平面的第二倾斜角52为50°。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图5所示，本方案提供一种焊接方法，包括：

对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口10，并对坡口10进行打磨和清洗；

对坡口10进行CMT焊接，形成覆盖坡口10的打底层；

在打底层上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接。

详细来说，本发明提供一种焊接方法及系统，用以解决现有技术中采用大电流高速焊接，热输入增大后容易出现一些焊接裂纹、咬边及气孔等焊接的缺陷，通过采用CMT焊接技术进行打底焊接，获得背面成型优良的打底焊道，然后采用高效的激光电弧复合焊工艺进行填充焊道的焊接，避免打底焊道背面成型不良问题，同时避免焊缝背面余高过高、焊瘤、烧穿、夹渣、气孔和坡口10两侧熔合不良缺陷，提高产品使用寿命。

需要说明的是，本发明通过使用CMT焊接工艺打底，极大可能降低热输入、改善焊缝组织、减小焊接热影响区宽度，提高接头性能，避免焊缝背面余高过高、焊瘤、烧穿、夹渣、气孔和坡口10两侧熔合不良缺陷。

还需要说明的是，CMT为冷金属过渡技术，是Cold Metal Transfer的缩写。

还需要说明的是，MAG为熔化极活性气体保护电弧焊，是Metal Active Gas ArcWelding的缩写。

进一步地，CMT焊接将送丝与熔滴过渡过程进行数字化协调，具有焊接电流小、热输入小、飞溅小和焊后变形小等优点。

更进一步地，激光焊工艺具有能量密度高、热影响区窄等优势，电弧焊工艺具有高的热-电转化效率、设备成本低等优势。激光电弧复合焊工艺结合了激光焊和电弧焊的优势，具有高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装准备精度的有点。同时，激光电弧复合焊避免了激光焊工艺中金属材料对激光的高反射率造成的激光能量损失、激光设备高的设备成本等不足。

在本发明一些可能的实施例中，对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口10，并对坡口10进行打磨和清洗的步骤中，具体包括：

将第一母材20与第二母材30对接形成待焊工件，其中待焊工件的对接处为预焊部位；

对待焊工件的预焊部位加工形成坡口10。

具体来说，本实施例提供了一种在待焊工件的表面加工形成坡口10的实施方式，开设坡口10便于通过CMT焊接进行打底层的焊接。

在本发明一些可能的实施例中，坡口10的坡口开角11介于30°至120°之间。

具体来说，本实施例提供了一种坡口开角11的实施方式。

在可能的实施方式中，加工完坡口10后的待焊工件固定至焊接工装夹具上。

在可能的实施方式中，第一母材20与第二母材30水平对接，第一母材20与第二母材30共处同一水平面内。

在可能的实施方式中，第一母材20与第二母材30竖直对接，第一母材20与第二母材30彼此垂直设置。

在可能的实施方式中，第一母材20与第二母材30夹角对接，第一母材20与第二母材30彼此之间形成有一定夹角。

在本发明一些可能的实施例中，对坡口10进行CMT焊接，形成覆盖坡口10的打底层的步骤中，具体包括：

采用焊枪沿坡口10的延伸方向，以第一夹角41进行CMT焊接形成打底层；

第一夹角41为焊枪与的角度。

具体来说，本实施例提供了一种采用CMT焊接对坡口10进行焊接的实施方式，通过将焊枪与第一母材20或者第二母材30形成施焊角度，使得打底层成型时热量分布更加均匀，避免焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷问题。

在本发明一些可能的实施例中，第一夹角41为坡口开角11的一半。

具体来说，采用CMT焊接时，施焊角度为坡口开角11的一半，使得打底层成型时热量分布更加均匀，避免焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷问题。

在本发明一些可能的实施例中，对坡口10进行CMT焊接，形成覆盖坡口10的打底层的步骤中，CMT焊接的工艺参数包括：第一送丝速度、第一焊接速度和第一焊接保护气流量；

其中，第一送丝速度介于10至40米/分之间。

第一焊接速度介于0.3至1.5米/分之间。

第一焊接保护气流量介于10至40升/分之间。

具体来说，本实施例提供了一种对坡口10进行焊接的工艺参数的实施方式，通过对CMT焊接的工艺参数进行提供，取得了焊接电流小、热输入小、飞溅小和焊后变形等效果。

在可能的实施方式中，第一送丝速度介于15至30米/分之间。

在可能的实施方式中，第一焊接速度介于0.5至1米/分之间。

在可能的实施方式中，第一焊接保护气流量介于15至30升/分之间。

在本发明一些可能的实施例中，在打底层的上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接的步骤中，具体包括：

在打底层的表面上，沿坡口10的延伸方向，通过激光预热后，以第二夹角51施加激光电弧复合焊；

第二夹角51为焊枪与第一母材20或者第二母材30形成的角度。

具体来说，本实施例提供了一种在打底层的基础上采用激光电弧复合的进行填充焊的实施方式，采用光电弧复合焊接时，焊枪与第一母材20或者第二母材30形成施焊角度，使得打底层成型时热量分布更加均匀，避免焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷等问题。

在本发明一些可能的实施例中，第二夹角51为坡口开角11的一半。

具体来说，采用光电弧复合焊接时，施焊角度为坡口开角11的一半，使得打底层成型时热量分布更加均匀，避免焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷等问题。

在本发明一些可能的实施例中，在打底层的上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接的步骤中，激光电弧复合的工艺参数包括：激光功率、第二焊接速度、离焦量、光丝间距53、第二送丝速度和第二焊接保护气流量；

其中，激光功率介于2000至6000瓦之间。

第二焊接速度介于0.3至1.5米/分之间。

离焦量介于5至40毫米之间。

光丝间距53介于0.5至5毫米之间。

第二送丝速度介于2至10米/分之间。

第二焊接保护气流量介于10至40升/分之间。

具体来说，本实施例提供了一种在打底层的进行焊接的工艺参数的实施方式，通过对激光电弧复合焊工艺参数的提供，使得激光电弧复合焊避免了激光焊工艺中金属材料对激光的高反射率造成的激光能量损失、激光设备高的设备成本等不足的问题。

在可能的实施方式中，激光功率介于3000至5000瓦之间。

在可能的实施方式中，第二焊接速度介于0.5至1米/分之间。

在可能的实施方式中，离焦量介于10至30毫米之间。

在可能的实施方式中，光丝间距53介于1至4毫米之间。

在可能的实施方式中，第二送丝速度介于4至8米/分之间。

在可能的实施方式中，第二焊接保护气流量介于20至35升/分之间。

根据本发明的一种实施方式，采用的焊接保护气为氩气。

具体来说，本实施例提供了一种保护气的实施方式。

在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图5所示，本方案提供一种焊接系统，对待焊工件进行焊接时，采用上述的一种焊接系统，包括：机加工装置、第一焊枪40、第二焊枪50和激光器60。

机加工装置用于对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口10，并对坡口10进行打磨和清洗；

第一焊枪40对应预焊部位设置，用于对坡口10进行CMT焊接，形成覆盖坡口10的打底层。

激光器60在打底层的基础上，对第二焊枪50的焊接位置施加激光束。

第二焊枪50在打底层的基础上对应预焊部位设置，用于施加电弧焊。

需要说明的是，本发明解决了厚板的焊接效率问题，以及如何避免焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷问题。

在本发明一些可能的实施例中，第一焊枪40与水平面形成第一倾斜角42，第一倾斜角42介于45°至65°之间。

具体来说，本实施例提供了一种第一焊枪40与水平面形成第一倾斜角42的实施方式。

在本发明一些可能的实施例中，激光器60沿焊接方向设置于第二焊枪50的前方，通过将激光器60和第二焊枪50按照沿焊接方向前后进行设置，使得激光器60对打底层进行预热，通过焊接效果，避免焊接裂纹、咬边及气孔等焊接缺陷问题。

具体来说，本实施例提供了一种第二焊枪50和激光器60的实施方式。

在本发明一些可能的实施例中，第二焊枪50与水平面形成第二倾斜角52，第二倾斜角52介于45°至65°之间。

具体来说，本实施例提供了一种第二焊枪50与水平面形成第二倾斜角52的实施方式。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (11)

1.一种焊接方法，其特征在于，包括：

将第一母材（20）与第二母材（30）对接形成待焊工件，其中所述待焊工件的对接处为预焊部位；

对所述待焊工件的预焊部位加工形成坡口（10），并对所述坡口（10）进行打磨和清洗；

对所述坡口（10）进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口（10）的打底层；

采用激光在前电弧在后的方式，在所述打底层上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接；

所述在所述打底层的上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接的步骤中，所述激光电弧复合焊的工艺参数包括：激光功率、第二焊接速度、离焦量、光丝间距（53）、第二送丝速度和第二焊接保护气流量；

其中，所述激光功率介于2000至6000瓦之间；

所述第二焊接速度介于0.3至1.5米/分之间；

所述离焦量介于5至40毫米之间；

所述光丝间距（53）介于0.5至5毫米之间；

所述第二送丝速度介于2至10米/分之间；

所述第二焊接保护气流量介于10至40升/分之间。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，其中，所述坡口（10）的坡口开角（11）介于30°至120°之间。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述对所述坡口（10）进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口（10）的打底层的步骤中，具体包括：

采用焊枪沿所述坡口（10）的延伸方向，以第一夹角（41）进行CMT焊接形成所述打底层；

所述第一夹角为所述焊枪与所述第一母材（20）或者所述第二母材（30）形成的角度。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述第一夹角（41）为所述坡口开角（11）的一半。

5.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述对所述坡口（10）进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口（10）的打底层的步骤中，所述CMT焊接的工艺参数包括：第一送丝速度、第一焊接速度和第一焊接保护气流量；

其中，所述第一送丝速度介于10至40米/分之间；

所述第一焊接速度介于0.3至1.5米/分之间；

所述第一焊接保护气流量介于10至40升/分之间。

6.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述在所述打底层的上采用激光电弧复合焊进行填充焊道焊接的步骤中，具体包括：

在所述打底层的表面上，沿所述坡口（10）的延伸方向，通过激光预热后，以第二夹角（51）施加激光电弧复合焊；

所述第二夹角为与焊枪所述第一母材（20）或者所述第二母材（30）形成的角度。

7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述第二夹角（51）为所述坡口开角（11）的一半。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，采用的焊接保护气为氩气。

9.一种焊接系统，其特征在于，包括：机加工装置、第一焊枪（40）、第二焊枪（50）和激光器（60）；

所述焊接系统应用上述权利要求1至8任一所述焊接方法；

所述机加工装置用于对待焊工件的预焊部位进行加工形成坡口（10），并对所述坡口（10）进行打磨和清洗；

所述第一焊枪（40）对应所述预焊部位设置，用于对所述坡口（10）进行CMT焊接，形成覆盖所述坡口（10）的打底层；

所述激光器（60）在所述打底层的基础上，对所述第二焊枪（50）的焊接位置施加激光束；

所述第二焊枪（50）对应所述预焊部位设置，用于跟随所述激光束在所述打底层上施加电弧焊。

10.根据权利要求9所述的焊接系统，其特征在于，所述第一焊枪（40）与水平面形成第一倾斜角（42），所述第一倾斜角（42）介于45°至65°之间。

11.根据权利要求9所述的焊接系统，其特征在于，所述第二焊枪（50）与水平面形成第二倾斜角（52），所述第二倾斜角（52）介于45°至65°之间。