本發(fā)明涉及激光加工方法，尤其涉及到流道腔體的激光焊接方法。

背景技術(shù)：

激光焊接由于具有速度快、焊接深度大以及變形小等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其適用于一些精密部件及高質(zhì)量焊接要求的產(chǎn)品。流道腔體類部件大量應(yīng)用于能源行業(yè)，特別對(duì)于核電行業(yè)來說，其流道腔體部件的焊接厚度大，要求焊后變形小，并且對(duì)腔體內(nèi)部焊后的表面要求極高：必須保證焊后，腔體內(nèi)壁無附著的焊接飛濺顆粒以適應(yīng)其嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境，保證高安全性。

在高功率激光焊接條件下，隨著板厚及激光功率的增加，焊接過程穩(wěn)定性會(huì)變差，焊縫正反面的焊接飛濺也隨著增加。由于激光焊接飛濺，受到激光參數(shù)、焊接速度、焊縫正反面保護(hù)方式、工件裝配精度等眾多因素的影響，因此如何控制焊接飛濺，是高要求流道腔體類部件焊接需要解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出一種流道腔體無飛濺高功率激光熔透焊的方法，能夠有效地控制焊接飛濺的產(chǎn)生，確保流道腔體無飛濺。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種流道腔體無飛濺高功率激光熔透焊的方法，包括以下步驟：

進(jìn)行焊接接頭清理并在工件內(nèi)壁上噴涂防飛濺劑；

對(duì)工件進(jìn)行裝配，調(diào)整工裝夾具確保焊接接頭位置緊密貼合，并嚴(yán)格控制接頭處錯(cuò)邊大小；

將激光焊接頭移至待焊工件上方一預(yù)設(shè)高度，并使激光束對(duì)準(zhǔn)工件焊接接頭；

將保護(hù)氣罩安裝于激光焊接頭上，調(diào)整保護(hù)氣罩與激光束、焊接接頭至一預(yù)設(shè)相對(duì)位置；

開啟保護(hù)氣罩，移動(dòng)激光焊接頭進(jìn)行焊接接頭激光點(diǎn)焊固定；以及

工件腔體內(nèi)通入惰性焊接保護(hù)氣，調(diào)節(jié)好各激光焊接參數(shù)至預(yù)設(shè)值進(jìn)行高功率激光連續(xù)焊接。

其中，所述防飛濺劑噴出后可凝固為膏狀；所述防飛濺劑在工件焊好后，可通過高壓水流沖洗干凈。

其中，所述的焊接接頭位置緊密貼合是指，工件焊接接頭緊密貼合的間隙小于0.05mm；所述的嚴(yán)格控制接頭處錯(cuò)邊大小是指，接頭錯(cuò)邊小于0.2mm。

其中，使保護(hù)氣罩的前端面與激光焊接頭發(fā)出的激光束的距離范圍為3至10mm；并使保護(hù)氣罩的下端面與工件上的焊接接頭的距離范圍為5至15mm。

其中，所述保護(hù)氣罩為多功能保護(hù)氣罩，具有橫吹、側(cè)吹和拖罩保護(hù)三項(xiàng)功能；其中，所述保護(hù)氣罩橫吹通入的惰性保護(hù)氣體壓力為0.2至0.5mpa，側(cè)吹通入的惰性保護(hù)氣體流量為10至50l/min，拖罩通入的惰性保護(hù)氣體壓力為0.3至0.6mpa。

其中，在點(diǎn)焊時(shí)，需開啟保護(hù)氣罩向工件腔體內(nèi)通入惰性焊接保護(hù)氣體，防止焊點(diǎn)被空氣氧化；在進(jìn)行連續(xù)焊接前，需要在工件腔體內(nèi)通入惰性焊接保護(hù)氣體，保護(hù)氣體從流道入口通入并從流道出口流出，并保持保護(hù)氣體流通直至焊接完成。

其中，在進(jìn)行連續(xù)焊接過程中，使該預(yù)設(shè)高度的波動(dòng)范圍小于1mm，并使激光功率的波動(dòng)范圍小于10w。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案還是：提供一種流道腔體無飛濺高功率激光熔透焊的裝置，包括：激光焊接頭和保護(hù)氣罩，該保護(hù)氣罩裝設(shè)在該激光焊接頭；其中，該激光焊接頭位于待焊工件上方一預(yù)設(shè)高度，該保護(hù)氣罩與該激光焊接頭出射的激光束以及待焊工件上的焊接接頭具有一預(yù)設(shè)相對(duì)位置。

其中，該保護(hù)氣罩的前端面與激光束的距離范圍為3至10mm；該保護(hù)氣罩的下端面與工件上的焊接接頭的距離范圍為5至15mm。

其中，該預(yù)設(shè)高度的范圍為0至15mm，在焊接過程中，使該預(yù)設(shè)高度的波動(dòng)范圍小于1mm，并使該激光焊接頭提供的激光功率的波動(dòng)范圍小于10w。

本發(fā)明的有益效果在于，通過在焊縫背面防飛濺劑的選擇，能夠有效地降低焊接飛濺附著于流道腔體內(nèi)壁；通過對(duì)工件安裝精度的嚴(yán)格控制，能夠有效地保證激光熔透焊的穩(wěn)定性；通過焊縫正反面保護(hù)方式的選擇，能夠?qū)缚p起到良好的保護(hù)作用，使得焊縫光滑均勻無氧化，進(jìn)一步能夠減少焊接飛濺的產(chǎn)生；通過激光參數(shù)的精確控制，能夠保證焊縫熔透的均勻性，防止激光功率密度不足造成的未熔透或是激光功率密度過大造成的大飛濺，從而能夠有效地控制焊接飛濺的產(chǎn)生，確保流道腔體無飛濺。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明所涉工件的結(jié)構(gòu)示意；

圖2是本發(fā)明的裝置與所述工件的結(jié)構(gòu)示意；

圖3是本發(fā)明的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作詳細(xì)說明。

參見圖1和圖2，圖1是本發(fā)明所涉工件的結(jié)構(gòu)示意。圖2是本發(fā)明的裝置與所述工件的結(jié)構(gòu)示意。本發(fā)明所涉工件110包括：工件下板111和工件上板112。其中，工件下板111內(nèi)空，形成有流道腔體113。工件下板111并設(shè)有與該流道腔體113連通的流道入口114和流道出口115?？梢岳斫?，工件上板112是與該工件下板111相配合的蓋板，二者能夠焊接到一起，形成一個(gè)流道腔體類部件。

本發(fā)明的裝置包括保護(hù)氣罩120和激光焊接頭130。該激光焊接頭130能夠提供激光束131。在安裝好工件110之后，將激光焊接頭130移至工件110上方一預(yù)設(shè)高度。該預(yù)設(shè)高度為工件110接頭處焊接厚度所適應(yīng)的激光焦點(diǎn)高度。該激光焦點(diǎn)高度可通過預(yù)先在小試板上進(jìn)行焊接測(cè)試而獲得，是激光焊接的重要參數(shù)之一。在本實(shí)施例中，該激光焦點(diǎn)高度(即該預(yù)設(shè)高度)的范圍為0至15mm。在激光焊接頭130移動(dòng)到達(dá)該預(yù)設(shè)高度之后，繼續(xù)平移激光焊接頭130，使從激光焊接頭130出射的激光束131對(duì)準(zhǔn)工件110的焊接接頭，以便后續(xù)進(jìn)行保護(hù)氣罩120的安裝。

保護(hù)氣罩120安裝于激光焊接頭130上。通過調(diào)整安裝位置，能夠使保護(hù)氣罩120的前端面與激光束131保持一預(yù)設(shè)距離。在本實(shí)施例中，該預(yù)設(shè)距離的范圍為3至10mm。另外，保護(hù)氣罩120的下端面與工件110上的焊接接頭的距離范圍為5至15mm?？梢岳斫獾氖?，保護(hù)氣罩120與激光束131和工件110的距離過小或過大，都不利于保護(hù)氣罩120對(duì)焊接熔池發(fā)揮充分的保護(hù)效果，致使對(duì)焊接飛濺控制效果變?nèi)酰焕谶_(dá)到工件110的流道腔體113內(nèi)無飛濺的要求。

具體而言，保護(hù)氣罩120為多功能保護(hù)氣罩，具有橫吹、側(cè)吹、拖罩保護(hù)三項(xiàng)功能。在焊接時(shí)，分別通入焊接保護(hù)氣體，對(duì)高功率激光焊接所產(chǎn)生的等離子火焰及煙塵高度具有很好的抑制作用，能夠減小高功率激光焊時(shí)，熔池上方等離子火焰及煙塵對(duì)激光束131的干擾和屏蔽作用，從而穩(wěn)定焊接過程，減少焊接飛濺，同時(shí)還能夠?qū)缚p起到良好的防氧化保護(hù)作用。在本實(shí)施例中，焊接時(shí)，保護(hù)氣罩120的橫吹通入的惰性保護(hù)氣體壓力為0.2至0.5mpa；側(cè)吹通入的惰性保護(hù)氣體流量為10至50l/min；拖罩通入的惰性保護(hù)氣體壓力為0.3至0.6mpa。

參見圖3，圖3是本發(fā)明的方法的流程示意圖。本發(fā)明提供一種流道腔體無飛濺高功率激光熔透焊的方法，用于將工件上板112與工件下板111緊密貼合后，進(jìn)行高功率激光熔透焊。焊接時(shí)，工件110的外側(cè)表面(對(duì)應(yīng)于焊縫的正面)采用保護(hù)氣罩120進(jìn)行保護(hù)；工件110的內(nèi)側(cè)表面(對(duì)應(yīng)于焊縫的背面)通過在流道入口114通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。焊接后，流道腔體113內(nèi)壁無附著飛濺顆粒，能夠滿足高質(zhì)量焊接要求。該方法具體包括以下步驟：

步驟s110、進(jìn)行焊接接頭清理并在工件內(nèi)壁上噴涂防飛濺劑。具體地，在進(jìn)行工件上板112和工件下板111的裝配之前，先用清洗劑將工件上板112和工件下板111貼合的接頭處清洗干凈，除去影響焊接過程穩(wěn)定性和焊縫質(zhì)量的油污。然后，將清理干凈的待焊接頭包裹住，分別在工件上板112和工件下板111的內(nèi)壁處噴涂防飛濺劑。噴涂完成之后，靜放，等待防飛濺劑由液態(tài)凝固成膏狀。

步驟s120、對(duì)工件進(jìn)行裝配，調(diào)整工裝夾具確保焊接接頭位置緊密貼合，并嚴(yán)格控制接頭處錯(cuò)邊大小。具體地，待前述步驟s110噴涂于工件內(nèi)壁的防飛濺劑凝固成膏狀后，去除工件上板112和工件下板111接頭處的包裹物。將工件上板112和工件下板111放置于工裝夾具上，夾緊工裝將工件上板112和工件下板111焊接接頭處緊密貼合。檢查工件上板112和工件下板111的貼合情況，不斷調(diào)整工裝夾具，優(yōu)化工件上板112與工件下板111貼合后焊接接頭處的間隙和錯(cuò)邊?？梢岳斫獾氖?，接頭處間隙過大易造成激光的穿透性增加，會(huì)加大焊接過程中激光熔池背部的飛濺，焊后不利于去除飛濺；錯(cuò)邊過大相當(dāng)于增加了焊接厚度，會(huì)影響激光的熔透性，造成激光焊接過程不穩(wěn)定而產(chǎn)生較大的飛濺以及造成焊縫成形不均勻。因此，必須嚴(yán)格控制工件上板112和工件下板111的裝配間隙和錯(cuò)邊的大小。在本實(shí)施例中，要求裝配間隙小于0.05mm，錯(cuò)邊小于0.2mm。

步驟s130、將激光焊接頭移至待焊工件上方一預(yù)設(shè)高度，并使激光束對(duì)準(zhǔn)工件焊接接頭。具體地，在上述步驟s120安裝好工件110之后，將激光焊接頭130移至工件110上方一預(yù)設(shè)高度。在本實(shí)施例中，該預(yù)設(shè)高度的范圍為0至15mm。在激光焊接頭130移動(dòng)到達(dá)預(yù)設(shè)高度之后，繼續(xù)平移激光焊接頭，使從激光焊接頭130出射的激光束131對(duì)準(zhǔn)工件110的焊接接頭，以便后續(xù)進(jìn)行保護(hù)氣罩120的安裝。

步驟s140、將保護(hù)氣罩安裝于激光焊接頭上，調(diào)整保護(hù)氣罩與激光束、焊接接頭至一預(yù)設(shè)相對(duì)位置。具體地，在前述步驟s130確定好激光焊接頭130與工件110的位置關(guān)系之后，將保護(hù)氣罩120安裝于激光焊接頭130上，通過調(diào)整安裝位置，使保護(hù)氣罩120的前端面與激光束131保持一預(yù)設(shè)距離，保護(hù)氣罩120的下端面與工件110上的焊接接頭保持一預(yù)設(shè)距離。在本實(shí)施例中，保護(hù)氣罩120前端面與激光束131的距離范圍為3至10mm，保護(hù)氣罩120的下端面與工件110上的焊接接頭的距離范圍為5至15mm。

步驟s150、開啟保護(hù)氣罩，移動(dòng)激光焊接頭進(jìn)行焊接接頭激光點(diǎn)焊固定。具體地，開啟激光束131，移動(dòng)激光焊接頭130在工件110的焊接接頭上進(jìn)行激光打點(diǎn)焊。點(diǎn)焊時(shí)，需要開啟保護(hù)氣罩120，防止焊點(diǎn)被空氣氧化發(fā)黑，影響后續(xù)的高功率激光連續(xù)焊。進(jìn)行點(diǎn)焊固定時(shí)，可設(shè)置較小的點(diǎn)焊激光功率，達(dá)到固定工件上板112和工件下板111的目的即可。點(diǎn)焊的數(shù)量可視焊接接頭的長(zhǎng)度均勻設(shè)置：在焊接接頭的首尾可各設(shè)置一點(diǎn)，中間部分可間隔一預(yù)設(shè)距離均勻分布。在本實(shí)施例中，焊點(diǎn)間隔距離為100至150mm?？梢岳斫獾氖?，本步驟中，激光點(diǎn)焊是為了更有效地固定工件110的工件上板112和工件下板111，防止在高功率焊接過程中，工件上板112和工件下板111由于焊接變形而張開或是發(fā)生錯(cuò)邊。張開或錯(cuò)邊均不利于焊接飛濺的控制，更嚴(yán)重地，有可能會(huì)使焊縫明顯凹陷，造成工件110報(bào)廢。

步驟s160、工件腔體內(nèi)通入惰性焊接保護(hù)氣，調(diào)節(jié)好各激光焊接參數(shù)至預(yù)設(shè)值進(jìn)行高功率激光連續(xù)焊接。具體地，在焊接前，預(yù)先將惰性焊接保護(hù)氣從工件110后端的流道入口114不斷通入，并從工件110前端的流道出口115流出，該措施能夠?qū)⒘鞯狼惑w113內(nèi)的空氣排出，并防止空氣進(jìn)入流道腔體113內(nèi)。通過惰性氣體保護(hù)流道腔體113的內(nèi)壁，有利于焊接飛濺的控制并提高焊縫質(zhì)量。在本施例中，通入的惰性氣體流量可設(shè)置為10～50l/min。流道內(nèi)通入惰性焊接保護(hù)氣之后，可設(shè)置好各激光焊接參數(shù)，主要包括激光功率、激光焦點(diǎn)高度、焊接速度等。這些參數(shù)可根據(jù)工件110實(shí)際所需焊接厚度，預(yù)先在試板上測(cè)試得出?？紤]到：對(duì)于焊接飛濺的控制重點(diǎn)在于控制好激光焦點(diǎn)高度和激光功率的波動(dòng)變化，在本實(shí)施例中，使激光焦點(diǎn)高度(即前述的預(yù)設(shè)高度)在焊接過程中的波動(dòng)范圍小于1mm，并使激光功率的波動(dòng)范圍小于10w。設(shè)置好各激光焊接參數(shù)后，開啟保護(hù)氣罩120，開啟激光束131，移動(dòng)激光焊接頭130沿著工件110上的焊接接頭進(jìn)行高功率激光連續(xù)焊接。

步驟s170、工件焊接完成后，腔體內(nèi)通入高壓水清洗內(nèi)部防飛濺劑及焊接灰塵。具體地，將高壓水從工件110的流道入口114通入，經(jīng)過流道腔體113后，從流道出口115排出。高壓水流可對(duì)流道腔體113的內(nèi)壁進(jìn)行沖刷，帶走焊接時(shí)形成的灰塵及步驟s110噴涂于工件內(nèi)壁的防飛濺劑。

本發(fā)明的有益效果在于，通過對(duì)工件110的焊縫的背面(即流道腔體113的內(nèi)壁)防飛濺劑的選擇，能夠有效地降低焊接飛濺附著于流道腔體113的內(nèi)壁；通過對(duì)工件110的安裝精度的嚴(yán)格控制，能夠有效地保證激光熔透焊的穩(wěn)定性；通過焊縫正反面保護(hù)方式的選擇，能夠?qū)缚p起到良好的保護(hù)作用，使得焊縫光滑均勻無氧化，進(jìn)一步能夠減少焊接飛濺的產(chǎn)生；通過激光參數(shù)的精確控制，能夠保證焊縫熔透的均勻性，防止激光功率密度不足造成的未熔透或是激光功率密度過大造成的大飛濺，從而能夠有效地控制焊接飛濺的產(chǎn)生，確保流道腔體無飛濺。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以對(duì)上述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改和替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。