[发明专利]一种中大厚度高温合金结构激光电弧复合焊接方法

说明书

本发明提供一种中大厚度高温合金结构激光电弧复合焊接方法，焊接设备包括激光焊接系统和弧焊机，焊接材料为镍基高温合金GH4169和电铸镍；所述激光焊接系统包括振镜，所述振镜用于摆动激光，所述振镜的摆动波形为“‑”形和/或“丨”形和/或“8”形和/或“∞”形。本发明提供的中大厚度高温合金结构激光电弧复合焊接方法，通过采用振镜摆动激光和保护气成分控制和坡口优化和复合焊接能量配比优化的焊接方式进行激光焊接，方法实施方便有效，可以有效地抑制焊接气孔的产生，焊缝均匀且合格率高。

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种中大厚度高温合金结构激光电弧复合焊接方法。

背景技术

激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊接变形小等特点，非常适用于航天中厚结构件的高效焊接，激光及其复合焊接作为“二十一世纪最有发展潜力的先进技术之一”，已成为目前国防领域最佳先进制造手段之一，尤其是激光电弧复合焊接技术在中厚板焊接在装配条件较差焊缝中表现出了很好地应用优势。随着大推力运载火箭技术的快速发展，一些预研、在研型号纷纷采用中大尺寸和中大厚度结构，对激光焊接提出了更高的要求。

现有技术中的航天结构件在关键连接位置会存在多处激光焊接连接，焊接接头一般为带锁底接头，焊接厚度为15mm，在激光非穿透焊接状态下，因其厚度大，极易产生焊接气孔。

发明内容

为了至少解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案是提供一种中大厚度高温合金结构激光电弧复合焊接方法，通过采用振镜摆动激光和保护气成分控制和坡口优化和复合焊接能量配比优化的焊接方式进行激光焊接，方法实施方便有效，可以有效地抑制焊接气孔的产生，焊缝均匀且合格率高。

为了至少实现上述目的之一，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种中大厚度高温合金结构激光电弧复合焊接方法，焊接设备包括激光焊接系统和弧焊机，焊接材料为镍基高温合金GH4169和电铸镍；所述激光焊接系统包括振镜，所述振镜用于摆动激光，所述振镜的摆动波形为“-”形和/或“丨”形和/或“8”形和/或“∞”形。

进一步地，保护气体为氩气和二氧化碳的组合，所述二氧化碳的含量为5％～10％。

进一步地，采用Y型坡口进行焊接，所述Y型坡口的钝边长度为3mm，角度为60°。

进一步地，所述激光焊接系统的激光热源和所述弧焊机的电弧热源的能量配比为0.83～1.33，线能量为3.384×10⁵～4.260×10⁵J/m。

进一步地，所述激光焊接系统采用JKH2020光纤激光焊接系统，所述弧焊机采用Fronius TPS5000，所述振镜的摆动头采用WWH10-N-FC150FF300。

进一步地，采用气体配比器对氩气和二氧化碳的组合焊接保护气进行成分配比，采用成分配比后的保护气体对焊接区域进行保护。

进一步地，进行打底焊的激光电弧复合焊接时，激光功率P选为2000W，电弧电流选为120A。

进一步地，进行填充层焊接的激光电弧复合焊接时，激光功率P选为3000W，电弧电流选为220A。

进一步地，具体的焊接步骤为：

a.准备焊接设备：为所述激光焊接系统增加振镜；所述振镜的激光波形选择“丨”形激光摆动；

b.加工坡口：将产品焊接接头加工钝边3mm，角度为60°的Y型坡口；

c.控制保护气体成分：采用气体配比器对氩气和二氧化碳的组合焊接保护气进行成分配比，其中二氧化碳占比为10％；采用成分配比后的保护气体对焊接区域进行保护；

d.进行正式焊接时的能量配比：选择能量配比系数进行正式焊接。