[发明专利]一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，将主光束分为清洗光束、深熔光束和填丝光束，将激光清洗技术应用于厚板超窄间隙坡口的清洗，并与激光深熔填丝焊接技术复合，解决了现有方法难以有效清理深窄坡口的问题，将激光深熔焊与激光填丝焊有效结合，具有大熔深，较好的桥接能力和可扩展厚度等优点，提高焊接稳定性，且激光清洗与激光焊接同步进行，能够大大提高焊接效率，保证接头质量。本发明还提供一种实现上述方法的焊接装置，实现激光清洗与激光焊接同步进行，提高焊接效率。

技术领域

本发明涉及厚板窄间隙焊接技术领域，特别是涉及一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法。

背景技术

厚板焊接是船舶海洋、轨道交通、压力容器及桥梁建设等大型设备制造过程中的关键技术。厚板超窄间隙焊接方法的提出有效减少了坡口填充面积和焊接层道数，大幅降低了焊接热输入量、焊接变形及残余应力，提高了焊接效率及接头质量。但由于电弧焊的熔深有限，仍然需要多层焊接实现厚板连接成形。激光焊接具有能量密度高、熔深大、焊接速度快等优势，但单纯的激光自熔焊接具有桥接能力差、焊接厚度受激光功率限制、不能调控焊缝成分等缺点。

二者的结合，即超窄间隙激光焊接技术，具有可焊厚度大，效率高和桥接能力强等优点。现有的厚板超窄间隙激光焊接方法一般包括超窄间隙激光电弧焊与超窄间隙激光填丝焊，这两种焊接方法各有优缺点：超窄间隙激光电弧焊中，焊丝与侧壁距离很小，电弧易被侧壁吸引，导致焊接过程稳定性控制困难；而激光填丝焊中，由于激光需要熔化母材和焊丝，导致其熔深很浅，在焊接厚板时往往需要较慢的速度和较多的层数，焊接效率低。除此之外，超窄间隙窄而深的坡口难以使用传统方法进行清理，容易导致气孔、未熔合等缺陷的产生，严重影响接头的质量。

公开号为CN104551403A的中国专利，通过激光自熔焊打底熔化钝边，再进行激光填丝焊填充坡口的方法实现厚板的超窄间隙激光填丝焊接，但是效率较低，且激光自熔焊缝的成分无法调控，接头质量难以控制。公开号为CN102059452A的中国专利，本质上还是单纯的激光填丝焊接，三个光束按特定形式排列，但均用于熔化焊丝，无法克服激光填丝焊接熔深浅，效率低的问题。

因此，如何改变现有技术中，激光填丝焊接熔深浅、效率低，且超窄间隙约束条件下坡口清理困难的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使厚板超窄间隙激光填丝焊接的焊接效率得到提高，同时有效清理深窄坡口，保证接头质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种厚板超窄间隙激光填丝焊接方法，包括以下步骤：

步骤一、用激光器发出主光，并将主光分成三束；

步骤二、采用第一分光片将主光束分为一束反射光和一束透射光，反射光经第一振镜扫描后，再经第一聚焦镜片形成清洗光束，清洗光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于超窄间隙坡口的激光清洗；

步骤三、主光束经第二聚焦镜片形成深熔光束，深熔光束用于熔化大厚度钝边；

步骤四、主光束通过第二分光片分为一束反射光和一束透射光，反射光经第二振镜扫描后再经第三聚焦镜片形成填丝光束，填丝光束在待焊件坡口两侧来回扫描，用于熔化焊丝并填充坡口。

优选地，步骤三中的深熔光束的焦点位于坡口的中心线上。

优选地，两待焊件之间的坡口为深U形，坡口间隙不超过5mm。

优选地，步骤二中形成的清洗光束的扫描路线为连续的Z字形。

优选地，步骤四中形成的填丝光束的扫描路线为连续的Z字形。