[实用新型]一种大厚板窄间隙振动激光-电弧复合焊接装置

说明书

本实用新型公开了一种大厚板窄间隙振动激光‑电弧复合焊接装置，包括激光焊接设备和电弧焊接设备，所述激光焊接设备包括激光器、振动驱动器和与激光器通过光纤相连的激光头，振动驱动器与激光头通过驱动线相连，可驱动激光头内部镜片振动；所述电弧焊接设备的焊枪为窄间隙电弧焊枪。本实用新型通过驱动振动器与激光头联合作用实现振动激光束，并通过与窄间隙焊枪配合，实现振动激光束与电弧的复合焊接；振动激光束与电弧的复合焊接可通过激光的振动改变复合焊接过程中激光与电弧的相对位置，并引导电弧在窄间隙坡口内摆动，以解决焊缝的侧壁熔合问题，并改善接头的焊接质量。

技术领域

本实用新型涉及一种大厚板窄间隙振动激光-电弧复合焊接装置，属于激光加工、焊接技术领域。

背景技术

大厚板常用于舰船、核电、压力容器等大型厚壁结构的焊接制造中，如板厚为60mm的不锈钢ITER巨型真空室大厚板结构、厚度大于70mm的铝合金军用相控阵雷达基板、核电领域壁厚大于30mm的316LN不锈钢主回路管道以及壁厚大于15mm的石油及天然气运输管道等。目前，使用较为广泛的焊接方法为气电立焊、埋弧焊等，但这些方法存在热输入过大、焊缝晶粒粗大、焊接位置适用性差等不足。

窄间隙电弧焊是一种高效的焊接技术，其坡口间隙一般小于母材板厚(根据日本压力容器委员会对窄间隙焊的定义：当板厚小于200mm时，坡口间隙应不大于20mm；板厚超过200mm时，坡口间隙不大于30mm)，一般采用小间隙的U型或者I型坡口，相比传统焊接方法其在焊接厚板时具有焊接效率高、焊接热输入小、节省焊材等优势。但是电弧在窄间隙坡口中的稳定性以及焊缝的侧壁未熔合是窄间隙电弧焊需要克服的难题，一般采用旋转电弧、摆动电弧以及双丝焊的方式解决，这些方法对电弧焊接系统的机械设计及控制提出了较高的要求。

激光-电弧复合焊通过将高能激光束加入电弧焊接中，使两种热源充分发挥各自的特点，获得优于单一的激光焊和电弧焊的焊接效果，如桥接能力强、残余应力与变形小、焊接接头质量高等。另外在常规激光-电弧复合焊中，激光束与电弧的相对位置保持不变，利用激光对电弧的吸引和压缩作用，以获得更加稳定的焊接过程。已有研究采用窄间隙激光-电弧复合焊完成厚板接头的多层多道焊接，但是窄间隙坡口的侧壁熔合以及焊接接头的质量仍需进一步提高，特别是针对铝合金这种容易出现气孔、裂纹等焊接缺陷的材料。因此，亟需一种新的大厚板窄间隙激光-电弧复合焊接装置，解决窄间隙激光-电弧复合焊在大厚板焊接中出现的上述问题。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是克服现有窄间隙激光-电弧复合焊的缺点，采用振动激光束与电弧耦合的方式，实现大厚板窄间隙坡口中的振动激光-电弧复合焊接。通过激光的振动改变复合焊接过程中激光与电弧的相对位置，并引导电弧在窄间隙坡口内摆动，以解决焊缝的侧壁熔合问题，并改善接头的焊接质量。

本实用新型实现其发明目的所采取的技术方案是：一种大厚板窄间隙振动激光-电弧复合焊接装置，包括激光焊接设备和电弧焊接设备，其结构特点是：所述激光焊接设备包括激光器、振动驱动器和与激光器通过光纤相连的激光头，振动驱动器与激光头通过驱动线相连，可驱动激光头内部镜片振动；所述电弧焊接设备的焊枪为窄间隙电弧焊枪。

进一步，所述焊接装置还包括实时监测装置和控制中心；所述实时监测装置包括实时观测焊接情况的高速摄像机；高速摄像机将观测的焊接情况传输给控制中心，控制中心与激光焊接设备的振动驱动器和电弧焊接设备通信连接。

更进一步，本实用新型焊接装置所述焊接情况包括焊接电弧的形态与位置、电弧与侧壁的作用、焊接熔池的流动及熔滴过渡情况。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：