一種厚板窄間隙激光掃描填絲焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于先進(jìn)制造的窄間隙焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種厚板窄間隙激光掃描填絲焊接方法，適合厚板的高效率高質(zhì)量焊接。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著核電、海工、石化等行業(yè)的發(fā)展，大厚板O 30mm)結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍越來(lái)越多，對(duì)厚板的焊接接頭變形、機(jī)械性能等提出了更高的要求。
[0003]窄間隙焊接技術(shù)是一種先進(jìn)、高效的焊接技術(shù)，適合大厚板的焊接，在重型構(gòu)件制造中大量應(yīng)用。目前，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的窄間隙焊接技術(shù)主要是窄間隙電弧焊接技術(shù)，包括窄間隙TIG、窄間隙MIG/MAG、窄間隙埋弧焊技術(shù)。窄間隙電弧焊接在進(jìn)行厚板焊接時(shí)需要開(kāi)較大的坡口，由于較大的熱量輸入，焊接熱影響區(qū)寬，焊接殘余應(yīng)力較大。與傳統(tǒng)的電弧焊接相比較，激光焊接技術(shù)可將能量高度集中，熱影響區(qū)較小，同時(shí)焊接速度高、焊接變形小。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者將窄間隙焊接技術(shù)與激光焊接技術(shù)結(jié)合起來(lái)，獲得了窄間隙激光焊接技術(shù)。但是，目前的窄間隙激光焊接技術(shù)限于激光聚焦頭的尺寸，無(wú)法在坡口較深的焊縫進(jìn)行焊接，可焊接厚度局限在20mm以?xún)?nèi)，甚至需要開(kāi)大坡口，失去窄間隙焊接的意義；而且激光聚焦斑點(diǎn)很小，橋接能力小，對(duì)焊縫兩側(cè)的坡□沒(méi)有辦法進(jìn)行熔化，因此，在窄間隙激光焊接技術(shù)中，根部熔透、側(cè)壁熔合依然是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)，光束如何能夠準(zhǔn)確熔化焊絲也是重點(diǎn)。
[0004]隨著激光器制造技術(shù)的進(jìn)步，高光束質(zhì)量的光纖激光器、碟片激光器輸出功率達(dá)到萬(wàn)瓦級(jí)，在單道焊接時(shí)能夠獲得較大的熔深。近年來(lái)，隨著掃描振鏡技術(shù)的興起，YAG、光纖、碟片激光等可經(jīng)過(guò)光纖傳輸，再采用掃描振鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)傳輸，使得激光束能夠到達(dá)指定位置的速度、便捷性有了大大的提高，因此，產(chǎn)生了激光掃描焊接技術(shù)。然而，激光掃描焊接限于激光束從聚焦到工件的距離較長(zhǎng)，只適合于薄板的高速焊接，但是由于在激光掃描焊接過(guò)程中，不需要擺動(dòng)準(zhǔn)直、聚焦單元，依靠振鏡就可以快速、精確地偏轉(zhuǎn)光束，將光束傳輸?shù)街付ǖ奈恢茫谡g隙坡中，能夠簡(jiǎn)單快速地將激光傳輸?shù)竭_(dá)焊縫側(cè)壁，因此，將振鏡掃描技術(shù)引入到窄間隙激光焊接技術(shù)能夠解決側(cè)壁熔合問(wèn)題，同時(shí)，快速掃描能夠降低熱輸入，減小焊接變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)厚板焊接中存在的問(wèn)題和不足，提供一種將激光掃描焊接技術(shù)與窄間隙焊接技術(shù)巧妙結(jié)合，能夠降低焊接熱輸入、減小焊接變形，極大提高厚板焊接效率和焊接質(zhì)量的厚板窄間隙激光掃描填絲焊接方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的厚板窄間隙激光掃描填絲焊接方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟:
A)在兩待焊厚板之間設(shè)置I型坡口或帶厚鈍邊的深U型或深V型坡口；
B)采用掃描振鏡將激光器產(chǎn)生的激光束傳輸?shù)狡驴趦?nèi)，通過(guò)激光自熔焊進(jìn)行打底； C)完成打底后，進(jìn)行激光掃描填絲焊接:
在填絲焊接過(guò)程中，采用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)坡口寬度，進(jìn)而控制掃描振鏡偏轉(zhuǎn)的角度，并采用小車(chē)或環(huán)形導(dǎo)軌帶動(dòng)掃描振鏡沿著坡口來(lái)回移動(dòng)，使得激光束在坡口兩側(cè)來(lái)回掃描，焊絲從激光束前方伸入坡口內(nèi)，通過(guò)來(lái)回掃描的激光束熔化焊絲，隨著焊道的增加，需調(diào)節(jié)掃描振鏡，使得激光束能夠在坡口平面聚焦熔化焊絲。
[0007]其中，上述激光束通過(guò)柔性光纖傳輸?shù)綊呙枵耒R，再經(jīng)過(guò)掃描振鏡中X、Y軸振鏡片的偏轉(zhuǎn)傳輸?shù)狡驴谥付ㄎ恢?，激光束與焊絲之間的夾角為15°?75°，且激光束與焊絲的距離為O?1mm，掃描振鏡的護(hù)鏡至坡口表面的距離為O?150mm。
[0008]上述兩待焊厚板之間的I型坡口的坡口寬度為9?12mm。
[0009]上述兩待焊厚板之間的帶厚鈍邊的深U型或深V型坡口的坡口寬度為9?12mm，坡口角度為1°?2°，鈍邊厚度為6?1mm0
[0010]上述激光束掃描的范圍大于坡口寬度，使得坡口側(cè)壁能夠完全熔合。
[0011]上述激光束的掃描間距為O?2mm，掃描速度為O?1000mm/s。
[0012]上述掃描振鏡能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)Z軸的范圍，確保激光束能夠在坡口表面聚焦。
[0013]上述激光器的輸出功率為1000W?10000W。
[0014]上述激光束在坡口內(nèi)來(lái)回掃描的路徑可以設(shè)置成直線或曲線。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
O采用高功率高光束質(zhì)量的激光，能夠一次熔透O?1mm的根部，提高了焊接效率，減小了填充金屬量，同時(shí)激光能量密度較高，相比較于電弧焊接，能夠減小熱輸入及熱影響區(qū)；
2)采用掃描振鏡進(jìn)行光束傳導(dǎo)，焊縫表面與振鏡之間的最大距離可達(dá)150mm，使得能夠焊接厚板的厚度大大提高了，對(duì)于30mm以上的厚板能夠開(kāi)深U型或深V型坡口焊接；
3)采用掃描振鏡，振鏡高速偏轉(zhuǎn)使得激光束在焊縫表面掃描速度最大可達(dá)到100mm/s，而坡口的寬度為9?12mm，因此，激光束能夠在坡口內(nèi)高速來(lái)回振蕩，能夠起到攪拌熔池的作用，減少氣孔；
4)采用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)坡口寬度，再控制掃描振鏡偏轉(zhuǎn)的角度，使得激光束能夠很好地到達(dá)坡口側(cè)壁，而且激光束功率較高，確保熔透?jìng)?cè)壁；
5)本發(fā)明適用于平板焊接和環(huán)縫焊接。采用的激光可以通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，將掃描振鏡及送絲機(jī)構(gòu)搭載于平面行動(dòng)小車(chē)，就可以實(shí)現(xiàn)平板的窄間隙激光掃描焊接；將掃描振鏡及送絲機(jī)構(gòu)固定于環(huán)形導(dǎo)軌就能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)縫窄間隙激光掃描焊接；
6)將窄間隙焊接技術(shù)、激光自熔焊技術(shù)、激光掃描焊技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，整合了各自的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于厚板的焊接，降低熱輸入，同時(shí)提高焊接效率和焊接質(zhì)量、減小焊接變形。
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明采用的窄間隙激光掃描填絲焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明所述兩待焊厚板之間的I型坡口結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明所述兩待焊厚板之間的帶厚鈍邊的深U型坡口結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明所述兩待焊厚板之間的的帶厚鈍邊的深V型坡口結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5和圖6為本發(fā)明的窄間隙激光掃描填絲焊接原理圖。
[0022]圖7、圖8和圖9為本發(fā)明焊接過(guò)程中的激光掃描軌跡示意圖。
[0023]附圖中標(biāo)號(hào):1為掃描振鏡、2為激光束、3為焊絲、4為待焊厚板、5為送絲機(jī)、6為激光器、7為光纖、8為控制裝置、9為保護(hù)氣送氣管、10為坡口一側(cè)、11為激光掃描軌跡、12為坡口另一側(cè)、13為焊縫中心、e為激光掃描間距、a為坡口寬度、t為鈍邊厚度、α和β為窄間隙不同坡口傾角、R為圓角半徑、S為母材厚度。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1-圖9所示，本發(fā)明所述的厚板窄間隙激光掃描填絲焊接方法，包括以下步驟:
首先，在兩待焊厚板之間設(shè)置I型坡口或帶厚鈍邊的深U型或深V型坡口 ；其中，I型坡口的坡口寬度為9?12mm，帶厚鈍邊的深U型或深V型坡口的坡口寬度為9?12mm，坡口角度為1°?2°，鈍邊厚度為6?1mm;
然后，采用掃描振鏡將激光器產(chǎn)生的激光束傳輸?shù)狡驴趦?nèi)，激光器的輸出功率為1000W?10000W，通過(guò)激光自熔焊進(jìn)行根部打底；
最后，完成打底后，進(jìn)行激光掃描填絲焊接:
在填絲焊接過(guò)程中，采用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)坡口寬度，進(jìn)而控制掃描振鏡偏轉(zhuǎn)的角度，激光束是通過(guò)柔性光纖傳輸?shù)綊呙枵耒R，再經(jīng)過(guò)掃描振鏡中X、Y軸振鏡片的偏轉(zhuǎn)傳輸?shù)狡驴谥付ㄎ恢?，激光束與焊絲之間的夾角為15°?75°，激光束與焊絲的距離為O?1mm，掃描振鏡的護(hù)鏡至坡口表面的距離為O?150mm，并采用小車(chē)或環(huán)形導(dǎo)軌帶動(dòng)掃描振鏡沿著坡口來(lái)回移動(dòng)，使得激光束在坡口兩側(cè)來(lái)回掃描，掃描間距為O?2mm，掃描速度為O?1000mm/S，且掃描的范圍大于坡口實(shí)時(shí)寬度(如圖5所示)，使得坡口側(cè)壁能夠完全熔合，且激光束在坡口內(nèi)來(lái)回掃描的路徑可以設(shè)置成直線或曲線，將焊絲從激光束前方伸入坡口內(nèi)，通過(guò)來(lái)回掃描的激光束熔化焊絲，隨著焊道的增加，需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)掃描振鏡Z軸的范圍，使得激光束能夠在坡口平面聚焦熔化焊絲。
[0025]上述激光掃描填絲焊接，如果將掃描振鏡及送絲機(jī)構(gòu)搭載于平面行動(dòng)小車(chē)，就可以實(shí)現(xiàn)平板的窄間隙激光掃描焊接；如果將掃描振鏡及送絲機(jī)構(gòu)固定于環(huán)形導(dǎo)軌就能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)縫窄間隙激光掃描焊接。
[0026]如圖1所示，本