[发明专利]厚板激光-双面电弧复合焊接方法

说明书

本发明提供了一种厚板激光‑双面电弧复合焊接方法，解决现有焊接方法在焊接厚板时，存在焊缝根部缺陷，激光能量利用率低，操作复杂费时，设备成本高等问题。方法包括：步骤一，根据焊接接头的型式，在待焊接部位加工出坡口；步骤二，固定工件并清洁坡口；步骤三，在接头一侧，布置激光束和第一焊枪，激光束的光轴与第一焊枪的中轴线形成30°～45°的第一夹角；激光束入射点和焊枪的焊丝末端之间具有预定间距；接头的另一侧，镜像布置第二焊枪；步骤四，通过能量匹配，使得焊接过程中在接头形成一个双面贯通的熔池；第一焊枪产生的电弧等离子体与激光束产生的光致等离子体相接触，从而稀释所述光致等离子体。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及到大型厚板激光-电弧复合焊接方法。

背景技术

在焊接领域，一般将厚度小于4mm的板材称为薄板，厚度在4mm～12mm之间的板材称为中厚板，厚度大于12mm的板材称为厚板。

激光-电弧复合焊综合了激光焊和电弧焊的优势，具有熔深大、焊接速度高、间隙适应性宽和焊接变形小等特点，在中厚板焊接中显示出特有的优越性。

目前公知的激光-电弧复合焊接方法有：

1、常规的激光-电弧复合焊接方法

激光-电弧复合加工方法如图1所示，对于对接接头，该方法为一个激光热源1与一个电弧热源2在待焊工件3同侧组成复合热源焊接。该方法在焊接中厚板时，优势十分明显，得到了广泛的应用。但是该方法存在缺陷，如图2所示，该方法在焊接厚板时，因熔池较小，且焊缝W深宽比较大，焊接冷却速率快，焊缝根部容易形成裂纹C和气孔P的缺陷。此外，该方法为单面焊接，存在焊接应力变形问题。

对于T型接头，如图3所示，也存在焊缝根部容易形成裂纹、气孔缺陷，焊接应力变形的问题。

2、激光-电弧异侧复合焊接方法

如图4所示，对于对接接头，该方法为一个激光热源4与一个电弧热源5分居待焊工件6两侧组成复合热源焊接。虽然该方法为双面对称焊接，降低了焊接应力变形，且电弧为激光提供了预热作用，利于工件对激光能量的吸收，而激光形成的局部高温区则提高了电弧的稳定性。但是，在焊接过程中，由于高温高密度的光致等离子体(激光与工件相互作用形成的等离子体)主要在待焊工件的一侧形成，而温度和密度较低的电弧等离子体在工件的另一侧形成，即光致等离子体与电弧等离子体被工件隔开。电弧等离子体不能和光致等离子体接触，将无法起到稀释光致等离子体的作用，致密的光致等离子体对入射的激光有吸收和散射作用，影响了激光的能量传输效率，极大地减少了到达工件的激光能量密度，导致焊缝熔深变浅。同时，光致等离子体也不能有效的吸引和压缩电弧，不能起到进一步提高电弧稳定性的作用。

如图5所示，对于T型接头，该方法也存在光致等离子体与电弧等离子体被工件隔开的问题。此外，由于激光和电弧热输入差异较大，如图6所示，两侧焊缝不对称，焊接应力变形较大。

3、激光-双电弧异侧复合焊接方法，如图7所示，该方法为一个激光热源7在待焊工件面板91一侧，而两个电弧热源81和82在待焊工件面板91另一侧并镜像分布于待焊工件立板92两侧，组成复合热源焊接。该方法与激光-电弧异侧复合焊接方法类似，光致等离子体与电弧等离子体被工件隔开，不能有效地利用激光热源与电弧热源相互耦合的优势。而且该方法针对薄板焊接，如图8所示，待焊工件立板92两侧电弧的熔深较浅，不适用于厚板焊接。

4、双面激光-电弧复合焊接方法