本發(fā)明涉及一種薄板對(duì)接焊接(間隙條件下)新方法，具體采用雙光束激光-tig復(fù)合焊接工藝。該方法可實(shí)現(xiàn)薄板對(duì)接焊接焊縫正面無(wú)咬邊，背面無(wú)飛濺、咬邊及凸起等缺陷的凈成形焊接效果，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

出于構(gòu)件冷卻及長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的目的，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管等主要承熱結(jié)構(gòu)多采用具有內(nèi)流道的主動(dòng)熱防護(hù)結(jié)構(gòu)(主要由蒙皮和加工有內(nèi)流道的基體組成)。由于蒙皮呈三維結(jié)構(gòu)特征，目前采用多段拼焊的工藝進(jìn)行連接制造。由于蒙皮具有尺寸較大、薄壁的特點(diǎn)，受制造工藝的限制，各段蒙皮間極難實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。由于激光束的聚焦光斑小、穿透能力強(qiáng)、熔池橋連性差，單激光焊接時(shí)，對(duì)接間隙會(huì)導(dǎo)致焊縫正面及背面出現(xiàn)咬邊，影響焊縫連接強(qiáng)度；焊縫背部會(huì)出現(xiàn)凸起、飛濺等缺陷，污染流道，增加流道流阻，降低構(gòu)件熱防護(hù)效果。所以，在一定間隙冗余度(間隙不大于板厚的0.2倍)條件下，實(shí)現(xiàn)蒙皮這一薄板結(jié)構(gòu)的無(wú)缺陷凈成形對(duì)接焊接，是主動(dòng)熱防護(hù)構(gòu)件激光焊接制造的技術(shù)關(guān)鍵和瓶頸。

要提高激光焊接工藝對(duì)間隙的適應(yīng)性，在不添加填充材料的前提下，適當(dāng)增加焊接熔池體量可有效改善焊縫成形。通過(guò)激光束傾斜入射及雙光束并行作用等方法，可有效增加對(duì)接間隙兩側(cè)基體金屬熔化區(qū)域，改善焊接工藝對(duì)間隙的適應(yīng)性。但這些方法在焊接過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)雙面成形，焊縫熔深必然大于板厚，這將導(dǎo)致焊縫背部出現(xiàn)飛濺及凸起等缺陷，無(wú)法滿足主動(dòng)熱防護(hù)構(gòu)件對(duì)流道形貌的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種薄板對(duì)接(間隙不大于板厚的0.2倍)焊接凈成形的焊接方法，消除單激光焊接工藝存在的焊縫凹陷、咬邊、背部凸起及飛濺等缺陷，實(shí)現(xiàn)凈成形的焊接效果，適用于薄板對(duì)接焊接。

所述的薄板對(duì)接焊接凈成形的雙光束激光-tig復(fù)合焊接工藝，其特征在于：雙激光束傾斜入射，激光束與基體法線的夾角可調(diào)節(jié)；兩束激光的分布方式為沿焊接方向的并列式分布，且雙光束焦點(diǎn)對(duì)稱分布在對(duì)接間隙兩側(cè)金屬基材上，兩焦點(diǎn)之間的距離連續(xù)可調(diào)；tig電弧中心線同對(duì)接焊縫中心線在同一平面；采用雙激光束在前，電弧在后的焊接方式進(jìn)行焊接，即在焊接方向上，tig電弧位于兩激光束焦點(diǎn)連線垂直平分線的后側(cè)，tig電弧與兩束激光焦點(diǎn)的垂直距離連續(xù)可調(diào)；通過(guò)調(diào)整激光入射角度、激光功率、電弧電流、雙激光束焦點(diǎn)間距、雙光束激光與電弧的熱源間距、焊接速度等工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)薄板在不同對(duì)接間隙下的凈成形對(duì)接焊接。

所述的薄板對(duì)接焊接凈成形的雙光束激光-tig復(fù)合焊接工藝，其特征在于：可實(shí)現(xiàn)厚度為1～2mm、對(duì)接間隙不大于板厚的0.2倍的薄板對(duì)接焊接，主要工藝參數(shù)為：激光入射角度10～40°，雙激光束焦點(diǎn)間距0.5～2mm，雙光束與電弧熱源的垂直間距0.5～3mm，單激光束功率為500～1500w，電弧電流50～200a，焊接速度為1～5m/min。

本方法通過(guò)采用激光束在前，電弧在后的雙光束激光-tig復(fù)合焊接工藝，首先依靠雙光束激光橋接熔池，有效保證橋接焊縫形成的基礎(chǔ)上，再充分利用雙激光于焊縫兩側(cè)的對(duì)稱作用效果以及激光與電弧熱源的復(fù)合效果，增加熱作用區(qū)域，改善焊縫成形，有效增加熔池寬度，進(jìn)而有效提高熔池橋接能力和間隙適應(yīng)性，消除焊縫咬邊缺陷。另外，在激光深熔焊接深度小于板厚的基礎(chǔ)上，通過(guò)利用電弧的熔化效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)單面焊接雙面成形的效果，并從焊縫成形機(jī)理上抑制焊縫背部飛濺、凸起等缺陷，實(shí)現(xiàn)焊縫凈成形的目的。綜上，雙光束-tig復(fù)合焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)薄板對(duì)接(間隙不大于板厚的0.2倍)焊接凈成形，滿足主動(dòng)熱防護(hù)構(gòu)件蒙皮對(duì)接焊接的工藝要求。

本發(fā)明包含以下有益效果：在優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)焊接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)焊縫正面成形良好、無(wú)咬邊缺陷；焊縫背部成形飽滿，無(wú)凹陷、咬邊、凸起等缺陷，實(shí)現(xiàn)薄板焊接凈成形的目的。同單激光-tig復(fù)合焊接工藝相比，焊縫成形對(duì)稱性好；同雙激光焊接工藝相比，可有效抑制背部飛濺及凸起等缺陷，實(shí)現(xiàn)焊縫背部?jī)舫尚巍?/p>

附圖說(shuō)明

圖1為雙光束激光-tig復(fù)合焊接工藝示意圖；

圖2為實(shí)施例1得到的焊縫形貌及背部飛濺；

圖3為實(shí)施例2得到的焊縫形貌及背部飛濺；

圖中，1.左側(cè)激光束lb1，2.tig電弧，3.左側(cè)工件，4.右側(cè)激光束lb2，5.右側(cè)工件；

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式針對(duì)有對(duì)接間隙條件下的薄板對(duì)接焊接，采用雙光束激光-tig復(fù)合焊接工藝。其中：左側(cè)激光束1和右側(cè)激光束4以并列方式對(duì)稱分布在待焊左工件3和右工件5對(duì)接間隙兩側(cè)，左側(cè)激光束1和右側(cè)激光束4均以角度α傾斜入射，雙激光束的焦斑間距a連續(xù)可調(diào)；tig電弧2中心線同對(duì)接焊縫中心線在同一平面，與工件表面夾角為β，激光束4與tig電弧2的中心線在工件3上的間距b連續(xù)可調(diào)。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

實(shí)施例1焊接工藝參數(shù)如下表所示：

其中，p為激光功率，v為焊接速度，i為電弧電流，α為激光束入射角，β為電弧傾角，a為激光束焦點(diǎn)之間的距離；對(duì)接間隙設(shè)置為0.2mm，激光束離焦量為0mm，鎢極高度h＝1.5mm，鎢極伸出長(zhǎng)度l＝5mm；激光束4與電弧2的中心線在工件6上的間距b＝2mm，保護(hù)氣體為ar氣體，氣體流量為15l/min；焊接時(shí)在工件下表面2mm處設(shè)置飛濺承接板，用其焊后表面狀態(tài)表征焊接時(shí)背部飛濺程度。本實(shí)施例所用材料為gh3128薄板，板厚為1mm，焊前用丙酮去除待焊工件表面及對(duì)接面上的油污。

從焊縫表面和截面形貌(如圖2所示)可以看出，對(duì)于實(shí)施例1，無(wú)電弧條件下，雙光束激光對(duì)接焊接焊縫熔寬較小，焊縫成形較差，焊縫表面及焊縫背部均存在較大的凹陷缺陷；焊接過(guò)程中背部存在飛濺(如飛濺承接板表面狀態(tài)所示)。而雙光束激光-tig復(fù)合對(duì)接焊接的焊縫熔寬顯著增加；在不同激光入射角度條件下，采用優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，焊縫正面成形良好，背部成形飽滿，無(wú)凹陷、咬邊及凸起等缺陷；焊接過(guò)程中背部無(wú)飛濺。說(shuō)明在此實(shí)施例條件下，雙光束激光-tig復(fù)合焊接對(duì)間隙對(duì)接焊接的焊縫成形具有較好的改善效果，實(shí)現(xiàn)焊縫的凈成形。

具體實(shí)施例2

實(shí)施例2焊接工藝參數(shù)如下表所示：

其中，p為激光功率，v為焊接速度，i為電弧電流，△t為對(duì)接間隙；激光束焦點(diǎn)之間的距離a＝1.5mm,激光束入射角度α＝10°，電弧傾角β＝60°，激光束離焦量為0mm，鎢極高度h＝1.5mm，鎢極伸出長(zhǎng)度l＝5mm；激光束4與電弧2的中心線在工件6上的間距b＝2mm，保護(hù)氣體為ar氣體，氣體流量為15l/min；焊接時(shí)在工件下表面2mm處設(shè)置飛濺承接板，用其焊后表面狀態(tài)表征焊接時(shí)背部飛濺程度。本實(shí)施例所用材料為gh3128薄板，板厚為2mm，焊前用丙酮去除待焊工件表面及對(duì)接面上的油污。

從焊縫表面和截面形貌(如圖3所示)可以看出，對(duì)于實(shí)施例2，無(wú)tig電弧條件下，焊縫熔寬較小，焊縫成形極差，焊縫表面及焊縫背部均存在較大的凹陷缺陷；焊接過(guò)程中背部存在飛濺(如飛濺承接板表面狀態(tài)所示)。而雙光束激光-tig復(fù)合對(duì)接焊接的焊縫熔寬顯著增加；兩組對(duì)接間隙條件下的焊縫表面成形均良好，背部成形飽滿，無(wú)凹陷、咬邊及凸起等缺陷；焊接過(guò)程中背部無(wú)飛濺。說(shuō)明在此實(shí)施例條件下，雙光束激光-tig復(fù)合焊接在保證雙面成形良好的前提下，可實(shí)現(xiàn)板厚2mm、對(duì)接間隙分別為0.3mm和0.4mm條件下的對(duì)接焊接凈成形。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。