CN109332897A - 一种中厚板激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案是提供一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于：步骤1：提供第一母材和第二母材；步骤2：提供焊接用熔渣板；步骤3：将第一母材和第二母材准确对接；步骤4：熔渣板置于第一母材和第二母材正下方，并于第一母材和第二母材紧密贴合；步骤5：激光焊接头聚焦形成的高功率激光束辐照在第一母材和第二母材上表面，实现第一母材、第二母材和熔渣板熔透焊接；步骤6：采用机械加工方法去除熔渣板；步骤7：采用机械加工方法去除第一母材和第二母材底部焊缝。在本发明中，通过在第一母材和第二母材底部设置熔渣板，激光焊接时熔渣板中高熔点表面张力系数大的氧化物吸附在底部熔池表面，大大增大了底部熔池的表面张力，有效促进了激光焊接熔池受力平衡，进而抑制了中厚板激光焊接过程中塌陷和根漏等缺陷的形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种中厚板激光焊接方法。
背景技术
激光焊接是激光加工技术中应用最广泛的先进工艺之一，具有焊接热输入小、焊缝深宽比大、速度快、焊缝变形小残余应力低、焊接精度和强度高、熔深大、易于实现自动化等突出优点，已经在汽车、造船、核电、管道等国民经济重要行业领域中得到应用。
近年来，随着高功率光纤激光器的不断商业化推广，激光焊接中厚板越来越引起业界的重视。然而单纯的激光焊接中厚板平焊接头，易产生塌陷和根漏等缺陷。平焊接头塌陷和根漏的形成根本原因为焊接熔池受力不平衡。研究表明，底部熔池表面张力对中厚板激光焊接塌陷和根漏的控制具有重要作用。
在2011年12月12日申请的，申请号为“201110410448.7”，发明名称为“大型罐体单面焊接双面成型方法及焊缝成型衬垫”的发明专利公开了一种大型罐体衬垫焊方法及衬垫，其解决了大型罐体单面焊接双面成型的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：为了获得较好的成形，必须在衬垫上开始足够大的焊缝成形槽，从而底部焊缝很宽。
在2012年10月3日公开的，公开号为“CN 102019481 B”，发明名称为“一种高强度船体结构用钢平对接焊焊接工艺方法”的发明专利公开了一种平对接焊工艺方法，其解决了高强度船体结构用钢平对接焊焊接坡口、焊前预热、施焊温度、焊接顺序、焊接规范参数、焊后冷处理的工艺规范，但是该技术方案仍旧存在以下问题：需要开设双V形坡口，生产效率低，生产实际中难以严格控制道间温度。
1984年12月27日公开的，公开号为“JP59-232690A”，发明名称为“熔接方法”的发明专利公开了一种圆形零件的焊接方法，具体地，外侧采用激光焊接，焊缝熔深距试件下表面2mm，内侧采用TIG电弧焊接，电弧焊接焊缝与激光焊缝搭接约1mm。其解决了圆形零件单面焊接底部易凸起或欠熔透，需要后续处理的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：电弧焊接热输入量较大，激光焊缝底部会再次加热熔化，产生组织变化，影响焊缝性能且生产效率低。
1995年8月15日公开的，公开号为“JP07-214316A”，发明名称为“片面自動熔接方法及装置”的发明专利公开了一种单面自动焊接方法和装置，其解决了从背面实时获取焊缝底部成形，通过图像处理反馈控制焊接参数来获得没有塌陷的稳定熔透焊缝，但是该技术方案仍旧存在以下问题：该方法只能使用于薄板焊接和传统弧焊方法，对于激光焊接厚板由于熔池内部流动和巨大熔池自重的影响难以通过简单的工艺参数调整而实时消除塌陷缺陷。
发明内容
本发明的目的是解决目前高功率光纤激光焊接过程中易形成塌陷和根漏等缺陷，焊缝成形性差的问题。
本发明的技术方案是提供一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于。
步骤1：提供第一母材和第二母材。
步骤2：提供焊接用熔渣板。
步骤3：将第一母材和第二母材准确对接。
步骤4：熔渣板置于第一母材和第二母材正下方，并于第一母材和第二母材紧密贴合。
步骤5：激光焊接头聚焦形成的高功率激光束辐照在第一母材和第二母材上表面，实现第一母材、第二母材和熔渣板熔透焊接。
步骤6：采用机械加工方法去除熔渣板。
步骤7：采用机械加工方法去除第一母材和第二母材底部焊缝。
进一步地，在步骤1中，第一母材和第二母材材质相同，可以是不锈钢或碳钢。
进一步地，厚度相同，为12 mm ~18 mm。
进一步地，在步骤2中，熔渣板厚度为1 mm~3 mm。
进一步地，熔渣板成分为MnO、MgO、FeO和Al3O2中的至少二种。
进一步地，在步骤5中，激光束熔透第一母材、第二母材和熔渣板。
进一步地，在步骤7中，第一母材和第二母材底部焊缝去除一层材料。
进一步地，去除材料的槽宽d1为5 mm~10 mm，槽深d2为2 mm~3 mm。
本发明的有益效果是：
在本发明中，在第一母材和第二母材底部设置熔渣板，激光焊接时熔渣板中高熔点表面张力系数大的氧化物吸附在底部熔池表面，大大增大了底部熔池的表面张力，有效促进了激光焊接熔池受力平衡，进而抑制了中厚板激光焊接过程过程中塌陷和根漏等缺陷的形成。
附图说明
图1是本发明所述激光焊接方法布置示意图。
图2是图1焊接过程纵截面示意图。
图3是图1焊接方法获得的焊缝横截面示意图。
图4是去除熔渣板后焊缝横截面示意图。
图5是本发明最终获得的焊缝横截面示意图。
其中：1、第一母材，2、第二母材，3、熔渣板，4、保护气体喷嘴，5、小孔前沿壁，6、激光束，7、焊接小孔，8、焊接熔池，9、第一焊缝，10、第二焊缝，11、第三焊缝。
具体实施方式
以下将结合着附图1~5对本发明的具体实施方式进行详细说明。
该实施例中，一种中厚板材激光焊接方法包括以下步骤。
步骤1：提供第一母材1和第二母材2，均为不锈钢板材，厚度为12 mm ~18 mm，焊接之前用有机溶剂去除表面油污，杂质等。
步骤2：提供焊接用熔渣板3，厚度为1 mm~3 mm，成分为MnO、MgO、FeO和Al3O2中的至少二种。
步骤3：采用专用夹具将第一母材1和第二母材2准确对接。
步骤4：熔渣板3置于第一母材1和第二母材2正下方，并于第一母材1和第二母材2紧密贴合，然后用专用夹具夹紧。
步骤5：激光焊接头聚焦形成的高功率激光束6辐照在第一母材1和第二母材2上表面，实现第一母材1、第二母材2和熔渣板3熔透焊接。
如图1~3所示，高功率激光束6垂直辐照在第一母材1和第二母材2上表面，在激光束6前方设置保护气体喷嘴4，实现第一母材1、第二母材2和熔渣板3熔透焊接连接，获得第一焊缝9。
在该实施例中，激光功率大于10 kW，离焦量为-5 mm ~ +5 mm，焊接速度为0.3 m/min ~ 2.7 m/min。
步骤6：采用机械加工方法，如铣削或刨削方法，在第一焊缝9的底部去除熔渣板3，获得第二焊缝10。
步骤7：采用机械加工方法，如铣削或刨削方法，在第二焊缝10的底部去除一层材料，获得第三焊缝11。
如图4和图5所示，本发明第三焊缝11底部槽宽d1为5 mm~10 mm，槽深d2为2 mm~3mm。
本实施例中，在第一母材1和第二母材2底部设置熔渣板3，激光焊接时熔渣板3中高熔点表面张力系数大的氧化物吸附在焊接熔池8底部表面，大大增大了底部熔池的表面张力，有效促进了激光焊接熔池受力平衡，进而抑制了中厚板激光焊接过程过程中塌陷和根漏等缺陷的形成。
尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
Claims (5)
1.一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于：
步骤1：提供第一母材和第二母材；
步骤2：提供焊接用熔渣板；
步骤3：将第一母材和第二母材准确对接；
步骤4：熔渣板置于第一母材和第二母材正下方，并于第一母材和第二母材紧密贴合；
步骤5：激光焊接头聚焦形成的高功率激光束辐照在第一母材和第二母材上表面，实现第一母材、第二母材和熔渣板熔透焊接；
步骤6：采用机械加工方法去除熔渣板；
步骤7：采用机械加工方法去除第一母材和第二母材底部焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于：步骤1中，第一母材和第二母材材质相同，厚度相同，厚度为12 mm ~18 mm。
3.根据权利要求1所述的一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于：步骤2中，熔渣板厚度为1 mm~3 mm，熔渣板成分为MnO、MgO、FeO和Al3O2中的至少二种。
4.根据权利要求1所述的一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于：步骤5中，激光束熔透第一母材、第二母材和熔渣板。
5.根据权利要求1所述的一种中厚板材激光焊接方法，其特征在于：步骤7中，第一母材和第二母材底部焊缝去除一层材料，去除材料的槽宽d1为5 mm~10 mm，槽深d2为2 mm~3mm。
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