[发明专利]低功率激光引导超高功率激光-电弧焊接的方法及应用

说明书

本发明属于焊接相关技术领域，其公开了一种低功率激光引导的超高功率激光‑电弧焊接的方法及应用，所述方法包括在焊接的过程中采用低功率激光在前，超高功率激光在中间，电弧在后的方式进行焊接，其中，所述低功率激光的功率为3～7kW，所述超高功率激光的功率为20～30kW。本申请可以有效减小超高功率激光焊接时熔池、匙孔的不稳定现象，提高焊接过程的稳定性，同时显著缩短了焊接时间，提高了焊接效率。

技术领域

本发明属于焊接相关技术领域，更具体地，涉及一种低功率激光引导超高功率激光-电弧焊接的方法及应用。

背景技术

随着重型工业的高速发展，船舶、水电、石油化工、桥梁建筑及压力容器等领域对厚板构件的焊接有着迫切需求。超高功率激光具有超高能量密度，能实现厚板的大熔深焊接，同时结合电弧的大铺展性优势，超高功率激光-电弧复合焊可实现厚板的高质高效焊接。

万瓦级超高功率激光在焊接过程中因其超高能量密度，直接作用于焊接材料表面时，材料快速熔化汽化并形成匙孔，匙孔内部材料剧烈蒸发，孔内的金属蒸汽等离子与细长小孔壁面之间的相互作用也更为复杂，导致匙孔开口波动大且匙孔处金属蒸汽压力显著增加，液柱加速上扬并形成大滴飞溅，最终导致焊接过程失稳。电弧的加入可一定程度上增大匙孔开口，提高焊接过程稳定性。但是，超高功率激光作用下产生的强烈金属蒸汽会冲击电弧，导致焊接电弧无法稳定燃烧。为了提高焊接过程稳定性，传统方法通常采用焊前预热，然而该方法需要耗费较多的时间，焊接效率低。

超高功率激光-电弧复合焊接过程中，匙孔内等离子体能量吸收不稳定、局部金属剧烈蒸发造成的匙孔震荡、剧烈喷发的金属蒸汽/等离子体对电弧的强烈冲击、熔融液柱上扬及飞溅等都会导致焊接过程不稳定，并直接影响焊缝成形质量，如会产生气孔、咬边、飞溅等，使得焊接质量难以满足行业要求。因此，为了保证厚板熔透并提高焊接过程稳定性，提高焊接效率，亟需设计一种可以实现厚板高质高效且焊接过程稳定的焊接工艺。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低功率激光引导超高功率激光-电弧焊接的方法及应用，本申请可以有效减小超高功率激光焊接时熔池、匙孔的不稳定现象，提高焊接过程的稳定性，同时显著缩短了焊接时间，提高了焊接效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种低功率激光引导超高功率激光-电弧焊接的方法，所述方法包括：在焊接的过程中采用低功率激光在前，超高功率激光在中间，电弧在后的方式进行焊接，其中，所述低功率激光的功率为3～7kW，所述超高功率激光的功率为20～30kW。

优选为，所述低功率激光光斑直径为所述超高功率激光光斑直径的1～2倍。

优选为，所述低功率激光的光斑与超高功率激光的光斑之间的间距为15～25mm，所述超高功率激光与电弧焊丝端部的间距为3～8mm。

优选为，所述超高功率激光照射至所述低功率激光形成的熔池表面的中心位置。

优选为，所述低功率激光相对于待焊工件表面的离焦量为-2～-5mm，所述超高功率激光相对于待焊工件表面的离焦量为-5～-20mm。

优选为，所述低功率激光相对于待焊工件表面的夹角为95～100°，所述超高功率激光相对于待焊工件表面的夹角为95～100°，电弧焊丝相对于待焊工件表面的夹角为125～140°。

优选为，所述方法还包括采用保护气对所述超高功率激光的光斑处进行侧吹。

按照本发明的另一个方面，提供了一种上述的低功率激光引导超高功率激光-电弧焊接的方法的应用，所述方法应用于Y型坡口的焊接中，所述方法还包括在焊接之前对Y型坡口进行如下处理：在Y型坡口的底部外加一定宽度的平台，所述平台的宽度为0.5～2mm。

优选为，所述Y型坡口根部的间隙为0.5～2mm，所述Y型坡口单边角度为5～15°。