[发明专利]一种中厚板靶向激光辅助TIG深熔打底焊接方法及焊接装置

说明书

本发明涉及一种中厚板靶向激光辅助TIG深熔打底焊接方法和焊接装置。焊接方法包括以下步骤：1)对中厚板待焊接工件的Y型坡口进行清理，并固定在焊接控制平台上；2)中厚板待焊接工件上方沿焊接方向依次设有TIG焊枪和激光焊接头，打开送气阀，TIG焊枪起弧，由TIG焊枪和激光焊接头进行焊接；3)焊接结束后，先断开光纤激光器的电源，再断开TIG焊机的电源，关闭送气阀。本发明利用低频高占空比脉冲TIG电流在中厚板待焊接工件上形成较大体积和熔深的电弧熔池，并在脉冲峰值电流下降沿前端施加靶向脉冲激光，穿透TIG熔池底部液态金属薄膜形成“小孔”，实现焊缝全熔透，在此基础上，可实现中厚板无背衬板的可靠全自动打底单面焊双面成形。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种中厚板靶向激光辅助TIG深熔打底焊接方法及焊接装置。

背景技术

核能是满足能源供应、保证国家安全的重要支柱之一。核能发电在技术成熟性、经济性、可持续性等方面具有很大的优势,相较于水电、风电具有无间歇性、受自然条件约束少等优点,是一种可以大规模替代化石能源的清洁能源。但是在大力发展核电产业的同时，我国核工业再度面临新的危机与挑战，其中供给核电站的核燃料生产、加工产生的系列低放核废料及乏燃料后处理处置是核工业的短板，必将制约核能的可持续发展。按目前国家制定的核燃料闭式循环策略，从核反应堆卸出的乏燃料经水池储存一定时间后必须转运至乏燃料后处理厂进行铀资源回收、减少高放废物量并降低其毒性的处理。考虑到人类和环境的安全，须要将回收后的高放废物采用专用容器储存并做永久地质贮存处理，贮存容器在地下要存放几万到几十万年直至高放废物衰变到无公害水平。因此高低放核废料长周期安全贮存的特殊要求，对核级贮存容器的制造质量提出更高严苛要求。其中，贮存容器的高质量焊接制造和可靠性质量检测是保障核安全运行的重中之重，尤其对其焊接制造工艺提出了全新的高标准要求。

目前，此类中厚板核级制造容器中基本都采用背加衬板的手工TIG打底焊和埋弧填充、盖面焊接工艺。由于手工TIG打底焊接对焊工焊接技能水平要求较高，且人工焊接效率低下，熔深较小(约3mm)，焊接质量不可控因素较多，容易引发质量安全事故，易造成核废料泄露等严重事故。因此，急需发展全自动化高效的中厚板深熔焊接方法对核级容器高效高质量制造具有十分重要的现实价值。

纵观当前的相关研究发现，中厚板焊接常用的焊接方法主要通过等离子焊接，等离子焊接对于薄钢板可以实现在不开坡口的情况下的单面焊双面成形，但对于10mm以上的钢板仍然需要开坡口且焊枪尺寸较大，需要较大的坡口角度，焊接填充量大幅增加，因此并不适用于核级容器的打底焊，尤其是对于16mm以上厚度的中厚钢板的核级容器。焊接前，中厚钢板上开设有坡口和大钝边(5mm以上)，现有的焊接方式无法单次全熔透上述中厚板的大钝边，因此无法实现一次单面焊双面成形，导致焊接效率低下、焊接质量不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种中厚板靶向激光辅助TIG深熔打底焊接方法，以解决现有技术中存在的中厚板焊接时无法全熔透大钝边导致单面焊双面成形能力不足带来的焊接效率低、焊接质量不稳定以及不符合国际标准对核级容器制造的打底焊工艺要求的问题；同时，本发明的目的还在于提供一种使用上述焊接方法的焊接装置。

为实现上述目的，本发明的一种中厚板靶向激光辅助TIG深熔打底焊接方法采用如下技术方案：一种中厚板靶向激光辅助TIG深熔打底焊接方法，包括以下步骤：

1)对中厚板待焊接工件的Y型坡口进行清理，并固定在焊接控制平台上；

2)中厚板待焊接工件上方沿焊接方向依次设有TIG焊枪和激光焊接头，打开送气阀，TIG焊枪起弧，由TIG焊枪和激光焊接头进行焊接；

其中，由TIG焊机向TIG焊枪输出脉冲频率为1-2.5Hz，占空比为75％-85％的低频高占空比脉冲矩形波电流，位于TIG焊枪下方的中厚板待焊接工件被熔化形成电弧熔池，并使电弧熔池前端液态金属被排开至电弧熔池后端以在电弧熔池底部形成液态金属薄膜；