CN115178871A - 一种改善厚板横焊接头激光焊接表面焊缝成形的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其步骤包括：步骤1、提供第一母材和第二母材；步骤2、提供激光焊接系统；步骤3、提供焊接保护气体吹送装置；步骤4、启动激光焊接系统，打开激光发生器，聚焦激光束垂直辐照第一母材和第二母材对接接头表面，吹气喷嘴吹送焊接保护气体，激光焊接头按既定焊接路径运动，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动，实施激光焊接；步骤5、达到焊接路径末端点，完成激光焊接。本发明还公开一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形系统。相对于现有技术，本发明在激光焊接区上方形成回旋气流，影响厚板横焊方位激光焊接表面熔池流动，改善厚板横焊方位激光焊缝成形。

Description

一种改善厚板横焊接头激光焊接表面焊缝成形的方法与系统
发明领域
本发明涉及一种激光焊接方法，尤其涉及一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法与系统。
背景技术
厚板焊接是能源装备、舰船等大型装备制造的重要工序。采用传统的电弧焊接方法时，焊接工件需要开设坡口，并进行多层多道施焊，焊接效率低，焊工劳动强度大，且焊后变形大，需要后续机加工；采用电子束焊接方法时，需要真空气氛，局限于结构较小的试件焊接。
激光深熔焊接类似于电子束焊接，可以获得大深宽比的焊缝。然而激光自熔焊接大厚度平焊接头，易产生塌陷和下掉等缺陷，需要对焊缝上下表面进行后处理，或采用电磁场辅助系统支撑焊接熔池下掉，或采用双面焊工艺。此外，在工程实际中也可以采用横焊位置克服重力的影响而获得没有塌陷和下掉的焊缝，然而焊缝上表面易出现咬边缺陷，影响焊缝表面成形。
发明内容
本发明的目的是解决厚板横焊接头超高功率激光自熔焊接过程中焊缝上表面易出现咬边缺陷的问题。
本发明的技术方案是提供一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于：
步骤1：提供第一母材和第二母材，除去第一母材和第二母材上下表面和对接面杂质，采用焊接夹具装夹；
步骤2：提供激光焊接系统，激光焊接系统包括激光发生器、传输光纤、激光焊接头和机械手。
步骤3：提供焊接保护气体吹送装置，焊接保护气体吹送装置包括第一挡板、第二挡板、第三挡板、吹气喷嘴、定位支架和固定环。
步骤4：启动激光焊接系统，打开激光发生器，聚焦激光束垂直辐照第一母材和第二母材对接接头表面，吹气喷嘴吹送焊接保护气体，激光焊接头按既定焊接路径运动，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动，实施激光焊接。
步骤5：达到焊接路径末端点，关闭激光发生器，关闭焊接保护气体，完成激光焊接。
进一步地，在步骤3中，吹气喷嘴出口端与第一挡板距离d1为10-20 mm，吹气喷嘴侧面与第二挡板距离d2为1-2.5 mm。
进一步地，在步骤3中，第一挡板最下方、第二挡板最下方和吹气喷嘴轴线与第一母材和第二母材表面距离均为h。
进一步地，h为0.5-2.5 mm。
进一步地，在步骤3中，第一挡板与聚焦激光束的距离δ为2-5 mm。
进一步地，吹气喷嘴与第一母材和第二母材表面平行。
进一步地，吹气喷嘴内径为1.5-3 mm。
进一步地，在步骤4中，聚焦激光束功率为10-20 kW。
进一步地，在步骤4中，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动。
进一步地，在步骤4中，焊接保护气体流量为10-30 l/min。
本发明还提供一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形系统，包括激光焊接系统、焊接夹具和焊接保护气体吹送装置，所述激光焊接系统包括激光发生器、传输光纤、激光焊接头和机械手。其中激光焊接头通过固定环与机械手末端固连。所述焊接保护气体吹送装置包括第一挡板、第二挡板、第三挡板、吹气喷嘴、定位支架和固定环。吹气喷嘴通过固定支架安装在第三挡板上。第一挡板、第二挡板和第三档板相互垂直布置并固连在一起，并与固定环固连在一起。焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动。
本发明的有益效果：本发明方案根据空气动力学原理，设计焊接保护气体吹送装置，在激光焊接过程中吹气喷嘴吹送的保护气体，在激光焊接区上方形成回旋气流，影响厚板横焊方位激光焊接表面熔池流动，改善厚板横焊方位激光焊缝成形。
附图说明
图1为本发明实施例中厚板横焊接头超高功率激光自熔焊接的总体布置示意图。
图2为本发明实施例中焊接保护气体吹送装置示意图。
图3为本发明实施例中焊接保护气体吹送装置与第一母材和第二母材正面示意图（图1中A向视图）。
图4为本发明实施例中焊接保护气体吹送装置与第一母材和第二母材侧面示意图（图3中B-B剖视图）。
图5为本发明实施例中焊接保护气体流动效果数值仿真效果图。
图6为常规厚板横焊接头超高功率激光自熔焊接焊缝成形示意图。
图7为本发明实施例中厚板横焊接头超高功率激光自熔焊接焊缝成形示意图。
图中，1-第一母材，2-第二母材，3-第一挡板，4-第二挡板，5-吹气喷嘴，6-定位支架，7-第三挡板，8-聚焦激光束，9-激光焊接头，10-固定环，11-传输光纤，12-激光发生器，13-机械手，14-焊缝，15-焊接熔池，16-焊接小孔，17-回旋气流，18-焊缝咬边，19-焊缝凸起。
具体实施方式
以下将结合附图1-7以及具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1－7所示，本发明实施例中，一种改善厚板横焊接头激光焊接表面焊缝成形的方法，包括如下步骤。
步骤1：提供所需要焊接的第一母材1和第二母材2，除去第一母材1和第二母材2上下表面和对接面杂质，采用焊接夹具装夹；
步骤2：提供激光焊接系统，激光焊接系统包括激光发生器12、传输光纤11、激光焊接头9和机械手13。
步骤3：提供焊接保护气体吹送装置，焊接保护气体吹送装置包括第一挡板3、第二挡板4、第三挡板7、吹气喷嘴5、定位支架6和固定环10。
吹气喷嘴5出口端与第一挡板3距离d1为10-20 mm，吹气喷嘴5侧面与第二挡板4距离d2为1-2.5 mm。第一挡板3最下方、第二挡板4最下方和吹气喷嘴5轴线与第一母材1和第二母材2表面距离h为0.5-2.5 mm。第一挡板3与聚焦激光束8的距离δ为2-5 mm。
吹气喷嘴5与第一挡板3距离d1为10-20 mm，吹气喷嘴5与第二挡板4距离d2为1-2.5 mm。吹气喷嘴5与第一母材1和第二母材2表面平行。吹气喷嘴5内径为1.5-3 mm。
步骤4：启动激光焊接系统，打开激光发生器12，聚焦激光束垂直辐照第一母材1和第二母材2对接接头表面，吹气喷嘴5吹送焊接保护气体，激光焊接头9按既定焊接路径运动，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头9同步运动，实施激光焊接。
激光发生器为光纤激光器，聚焦激光束8输出功率为10-20 kW。焊接保护气体吹送装置与激光焊接头9同步运动。焊接保护气体流量为10-30 l/min。
步骤5：达到焊接路径末端点，关闭激光发生器12，关闭焊接保护气体，完成激光焊接。
本发明实施例还提供一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形系统，包括激光焊接系统、焊接夹具和焊接保护气体吹送装置，所述激光焊接系统包括激光发生器12、传输光纤11、激光焊接头9和机械手13。其中激光焊接头9通过固定环10与机械手13末端固连。所述焊接保护气体吹送装置包括第一挡板3、第二挡板4、第三挡板7、吹气喷嘴5、定位支架6和固定环10。吹气喷嘴5通过固定支架6安装在第三挡板7上。第一挡板3、第二挡板4和第三档板7相互垂直布置并固连在一起，并与固定环10固连在一起。焊接保护气体吹送装置与激光焊接头9同步运动。
本发明实施例根据空气动力学原理，设计焊接保护气体吹送装置，在激光焊接过程中吹气喷嘴5吹送的保护气体，在激光焊接区上方形成回旋气流，影响厚板横焊方位激光焊接表面熔池流动，改善厚板横焊方位激光焊缝成形。

Claims (9)

1.一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提供第一母材和第二母材，除去第一母材和第二母材上下表面和对接面杂质，采用焊接夹具装夹；
步骤2：提供激光焊接系统，激光焊接系统包括激光发生器、传输光纤、激光焊接头和机械手；
步骤3：提供焊接保护气体吹送装置，焊接保护气体吹送装置包括第一挡板、第二挡板、第三挡板、吹气喷嘴、定位支架和固定环；
步骤4：启动激光焊接系统，打开激光发生器，聚焦激光束垂直辐照第一母材和第二母材对接接头表面，吹气喷嘴吹送焊接保护气体，激光焊接头按既定焊接路径运动，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动，实施激光焊接；
步骤5：达到焊接路径末端点，关闭激光发生器，关闭焊接保护气体，完成激光焊接。
2.根据权利要求1所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，吹气喷嘴出口端与第一挡板距离d1为10-20 mm，吹气喷嘴侧面与第二挡板距离d2为1-2.5 mm。
3.根据权利要求1所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，第一挡板最下方、第二挡板最下方和吹气喷嘴轴线与第一母材和第二母材表面距离均为0.5-2.5mm。
4.根据权利要求1所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，第一挡板与聚焦激光束的距离δ为2-5 mm。
5.根据权利要求1所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，吹气喷嘴与第一母材和第二母材表面平行。
6.根据权利要求1所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动。
7.根据权利要求1所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形的方法，其特征在于，焊接保护气体流量为10-30 l/min。
8.一种改善厚板激光焊接表面焊缝成形系统，其特征在于，包括激光焊接系统、焊接夹具和焊接保护气体吹送装置，所述激光焊接系统包括激光发生器、传输光纤、激光焊接头和机械手；其中激光焊接头通过固定环与机械手末端固连；所述焊接保护气体吹送装置包括第一挡板、第二挡板、第三挡板、吹气喷嘴、定位支架和固定环。
9.根据权利要求8所述的改善厚板激光焊接表面焊缝成形系统，其特征在于：吹气喷嘴通过固定支架安装在第三挡板上；第一挡板、第二挡板和第三档板相互垂直布置并固连在一起，并与固定环固连在一起；焊接保护气体吹送装置与激光焊接头同步运动。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013166160A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Sankyu Inc レーザ溶接におけるシールドガスの噴出方法
US20200039000A1 (en) * 2018-08-06 2020-02-06 Vulcanforms Inc. Additive manufacturing system with gas flow head

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