CN115255638A - 一种大间隙焊缝的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大间隙焊缝的焊接方法，包括如下步骤：(1)待焊产品处理：将待焊产品的拼缝侧开坡口；(2)激光焊接：待焊产品放置在焊接工作台上，设置激光焊接工艺参数，开始焊接，激光焊接功率由焊缝起点逐渐增加，预定时间后在预定的激光焊接功率下进行焊接，焊接焊缝的结尾段3～10mm内增加激光焊接功率直至激光焊接完成；(3)补焊：采用填丝焊接将焊缝填充满。本发明通过开设坡口，激光摆动将金属融合到一起实现焊接效果，解决了中厚板大间隙焊缝无法使用激光自熔焊接的问题，拼接焊时，将可焊接间隙的能力提高到了板厚的40％以上；激光焊接焊缝的结尾段增加激光焊接功率直至激光焊接完成，保证焊接结束时焊缝不会有缺口。

Description

一种大间隙焊缝的焊接方法

技术领域

本发明属于激光复合焊接技术领域，具体涉及一种大间隙焊缝的焊接方法。

背景技术

焊接间隙也叫对口间隙，是焊接件对口处两个焊件之间的间隙，也叫焊缝。

焊缝利用焊接热源的高温，将焊条和接缝处的金属熔化连接而成的缝。焊缝金属冷却后，即将两个焊件连接成整体。

目前，常规方式下，由于激光光斑很小,当对接间隙过大时,激光无法作用于焊接部位。传统焊接方式对大间隙的产品的焊接方法是填丝焊接，填充量大，效率低。由于缝隙比较大，金属熔液填充比较困难，不能形成饱满的熔池形貌，导致冷却后连接不牢。

现有技术中，专利CN104999179A公开了一种大间隙焊缝的激光焊接方法，一定程度上能实现大间隙焊缝的焊接，但是，对其专利中的公开的方法测试发现，存在如下技术问题：产品容易焊不透，气孔较多，而且偏大。

综上所述，亟需提供一种焊接效果好，解决了中厚板大间隙焊缝无法使用激光自熔焊接的问题的大间隙焊缝的焊接方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接效果好，解决了中厚板大间隙焊缝无法使用激光自熔焊接大间隙焊缝的焊接方法。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种大间隙焊缝的焊接方法，包括如下步骤：

(1)待焊产品处理：将待焊产品的拼缝侧开坡口，并去除掉焊缝表面的杂质脏污；

(2)激光焊接：步骤(1)处理后的待焊产品放置在焊接工作台上，设置激光焊接工艺参数，开始焊接，激光焊接功率由焊缝起点逐渐增加，预定时间后在预定的激光焊接功率下进行焊接，焊接焊缝的结尾段3～10mm内增加激光焊接功率直至激光焊接完成；

(3)补焊：采用填丝焊接将焊缝填充满。

本发明用于中厚板大间隙焊缝的焊接，在激光焊接中创造性使用开坡口的方法，这样焊接过程金属流动性会更好，由于重力以及激光摆动的影响，有利于金属往间隙方向流动，将金属融合到一起，形成焊缝的融合，实现焊接效果，提高了激光对焊缝间隙的兼容性，达到板厚的40％以上的间隙容忍度(即10mm 厚的产品可以兼容4mm以上的焊缝间隙)。

焊接过程中，在满足激光束能穿透打底焊接的前提下，产品最大厚度不受限制；不同间隙需要调整不同的工艺参数才能达到单面焊接，双面成型的结果。对待焊产品进行激光焊接，使焊接产品实现无接触，单面焊接，双面成型。

另外，本发明改变了激光焊接焊缝的结尾段一般会降低焊接功率的方法，反而增加激光焊接功率直至激光焊接完成，这保证焊接结束时焊缝不会有缺口。另外，由于待焊产品有开坡口，焊接完成后，因焊缝间隙需要熔化周边母材才能填满焊缝，不可避免地焊缝会塌陷，故步骤(3)采用填丝焊接进行补焊，将整个焊缝填满。根据焊缝质量要求，对焊缝质量要求高的，要清理焊缝位置处氧化层，杂质，油污或其他影响焊缝质量的物质，即清理根部，通过多层多道填丝焊接，达到焊缝饱满的效果。

进一步的技术方案是，所述坡口的角度为10～170°。

进一步的技术方案是，所述坡口的角度为90°。经实验验证，此情况下更加有利于金属熔化后的流动性，保证焊接效果。

进一步的技术方案是，焊缝的最大宽度为钝边高度的0.4～0.5倍。本发明方法适合各种金属材料的激光焊接，拼接焊时，将可焊接间隙的能力提高到了板厚的40％以上，而之前一般只能达到板厚的10％。

进一步的技术方案是，激光在焊接区域采用之字形、弓字形或锯齿型轨迹进行扫描。如此，采用大功率激光器，正离焦，大光斑，激光采用之字形或弓字形，锯齿型摆动情况下高频率，大摆动宽度下摆动焊接，增大焊缝间隙两边的金属熔化量；或使用双激光束，每道激光束采用之字形或弓字形，锯齿型摆动情况下高频率，大摆动宽度下摆动焊接，既增大焊缝间隙两边的金属熔化量，也能提高对焊缝间隙的兼容性。

进一步的技术方案是，所述步骤(2)中根据焊缝宽度调整激光焊接工艺，焊缝宽度越大，则激光摆动宽度越大的、摆动频率越高、激光焊接功率越高的同时焊接速度越慢。如此，焊缝间隙越大，摆动频率需越快，摆动幅度越大，保证有足够的金属填入间隙，熔合；板材越厚，可兼容的焊接间隙越大，但所需的激光功率越高。

进一步的技术方案是，所述步骤(2)中，先找到激光焦点，将焦点调试到钝边与坡口交界处的平面高度，然后调整离焦量，将激光束移动到待焊工件之上，保证激光扫描轨迹中心线与焊缝中心线重合。

进一步的技术方案是，所述步骤(2)中，先固定住待焊产品的焊缝两端，然后沿焊缝间隔预定距离进行点焊固定。考虑热膨胀收缩率的影响，即大间隙焊缝会在焊接过程中，间隙越变越小，影响产品尺寸，采用上述方法可以不使焊缝间隙变化，保证产品焊透，且不使产品尺寸变形，保证焊接效果。优选沿焊缝间隔150mm到200mm进行点焊固定。

相比于现有技术，本发明采用大功率激光器，增大离焦，大光斑，光斑高频率大摆动宽度摆动焊接，将焊缝间隙两边的金属熔化，开设坡口，通过重力，激光摆动的影响，将金属融合到一起，形成焊缝的融合，实现焊接效果，解决了中厚板大间隙焊缝无法使用激光自熔焊接的问题，拼接焊时，将可焊接间隙的能力提高到了板厚的40％以上；改变了激光焊接焊缝的结尾段一般会降低焊接功率的方法，反而增加激光焊接功率直至激光焊接完成，这保证焊接结束时焊缝不会有缺口。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种实施方式所涉及的大间隙焊缝的焊接过程的焊缝组成示意图；

图2为本发明一种实施方式所涉及的大间隙焊缝的焊接过程的焊接轨迹示意图。

图中：

1焊接轨迹2焊接方向3待焊产品4焊缝

5焊缝中心线

α坡口角度b待焊产品焊接间隙p钝边高度δ待焊产品厚度

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本发明实施例如下，参照图1和图2，一种大间隙焊缝的焊接方法，包括如下步骤：

(1)待焊产品3处理：将待焊产品3的拼缝侧开坡口，并去除掉焊缝表面的杂质脏污；

(2)激光焊接：步骤(1)处理后的待焊产品3放置在焊接工作台上，设置激光焊接工艺参数，开始焊接，激光焊接功率由焊缝起点逐渐增加，预定时间后在预定的激光焊接功率下进行焊接，焊接焊缝的结尾段3～10mm内增加激光焊接功率直至激光焊接完成；

(3)补焊：采用填丝焊接将焊缝填充满。

本发明用于中厚板大间隙焊缝的焊接，在激光焊接中创造性使用开坡口的方法，这样焊接过程金属流动性会更好，由于重力以及激光摆动的影响，有利于金属往间隙方向流动，将金属融合到一起，形成焊缝的融合，实现焊接效果，提高了激光对焊缝间隙的兼容性，达到板厚δ的40％以上的间隙容忍度(即 10mm厚的产品可以兼容4mm以上的焊缝间隙)，即实测b的最大值可达到0.4p 到0.5p之间。

焊接过程中，在满足激光束能穿透打底焊接的前提下，产品最大厚度不受限制；不同间隙需要调整不同的工艺参数才能达到单面焊接，双面成型的结果。对待焊产品3进行激光焊接，使焊接产品实现无接触，单面焊接，双面成型。

另外，本发明改变了激光焊接焊缝的结尾段一般会降低焊接功率的方法，反而增加激光焊接功率直至激光焊接完成，这保证焊接结束时焊缝不会有缺口。另外，由于待焊产品3有开坡口，焊接完成后，因焊缝间隙需要熔化周边母材才能填满焊缝，不可避免地焊缝会塌陷，故步骤(3)采用填丝焊接进行补焊，将整个焊缝填满。根据焊缝质量要求，对焊缝质量要求高的，要清理焊缝位置处氧化层，杂质，油污或其他影响焊缝质量的物质，即清理根部，通过多层多道填丝焊接，达到焊缝饱满的效果。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，所述坡口的角度α为10～170°。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，所述坡口的角度α为90°。经实验验证，此情况下更加有利于金属熔化后的流动性，保证焊接效果。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，焊缝的最大宽度(即待焊产品3焊接间隙b)为钝边高度p的0.4～0.5倍。本发明方法适合各种金属材料的激光焊接，拼接焊时，将可焊接间隙的能力提高到了板厚的40％以上，而之前一般只能达到板厚的10％。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2，激光在焊接区域采用之字形、弓字形或锯齿型轨迹进行扫描。如此，采用大功率激光器，正离焦，大光斑，激光采用之字形或弓字形，锯齿型摆动情况下高频率，大摆动宽度下摆动焊接，增大焊缝间隙两边的金属熔化量；或使用双激光束，每道激光束采用之字形或弓字形，锯齿型摆动情况下高频率，大摆动宽度下摆动焊接，既增大焊缝间隙两边的金属熔化量，也能提高对焊缝间隙的兼容性。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(2)中根据焊缝宽度调整激光焊接工艺，焊缝宽度越大，则激光摆动宽度越大的、摆动频率越高、激光焊接功率越高的同时焊接速度越慢。如此，焊缝间隙越大，摆动频率需越快，摆动幅度越大，保证有足够的金属填入间隙，熔合；板材越厚，可兼容的焊接间隙越大，但所需的激光功率越高。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2，所述步骤(2)中，先找到激光焦点，将焦点调试到钝边与坡口交界处的平面高度，然后调整离焦量，将激光束移动到待焊工件之上，保证激光扫描轨迹中心线与焊缝中心线5 重合。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(2)中，先固定住待焊产品3的焊缝两端，然后沿焊缝间隔预定距离进行点焊固定。考虑热膨胀收缩率的影响，即大间隙焊缝会在焊接过程中，间隙越变越小，影响产品尺寸，采用上述方法可以不使焊缝间隙变化，保证产品焊透，且不使产品尺寸变形，保证焊接效果。优选沿焊缝间隔150mm到200mm进行点焊固定。

相比于现有技术，本发明采用大功率激光器，增大离焦，大光斑，光斑高频率大摆动宽度摆动焊接，将焊缝间隙两边的金属熔化，开设坡口，通过重力，激光摆动的影响，将金属融合到一起，形成焊缝的融合，实现焊接效果，解决了中厚板大间隙焊缝无法使用激光自熔焊接的问题，拼接焊时，将可焊接间隙的能力提高到了板厚δ的40％以上；改变了激光焊接焊缝的结尾段一般会降低焊接功率的方法，反而增加激光焊接功率直至激光焊接完成，这保证焊接结束时焊缝不会有缺口。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)待焊产品处理：将待焊产品的拼缝侧开坡口，并去除掉焊缝表面的杂质脏污；

(2)激光焊接：步骤(1)处理后的待焊产品放置在焊接工作台上，设置激光焊接工艺参数，开始焊接，激光焊接功率由焊缝起点逐渐增加，预定时间后在预定的激光焊接功率下进行焊接，焊接焊缝的结尾段3～10mm内增加激光焊接功率直至激光焊接完成；

(3)补焊：采用填丝焊接将焊缝填充满。

2.根据权利要求1所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，所述坡口的角度为10～170°。

3.根据权利要求2所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，所述坡口的角度为90°。

4.根据权利要求1或2所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，焊缝的最大宽度为钝边高度的0.4～0.5倍。

5.根据权利要求4所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，激光在焊接区域采用之字形、弓字形或锯齿型轨迹进行扫描。

6.根据权利要求5所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据焊缝宽度调整激光焊接工艺，焊缝宽度越大，则激光摆动宽度越大的、摆动频率越高、激光焊接功率越高的同时焊接速度越慢。

7.根据权利要求5所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，先找到激光焦点，将焦点调试到钝边与坡口交界处的平面高度，然后调整离焦量，将激光束移动到待焊工件之上，保证激光扫描轨迹中心线与焊缝中心线重合。

8.根据权利要求4所述的大间隙焊缝的焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，先固定住待焊产品的焊缝两端，然后沿焊缝间隔预定距离进行点焊固定。

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