[发明专利]一种水下湿法激光焊接用辅助剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种水下湿法激光焊接用辅助剂及其制备方法与应用。本发明的辅助剂含有由以下重量份的原料，氟化钙10‑15份，二氧化钛10‑20份，碳酸钙10‑15份，铝10‑15份，氧化铁25‑40份。当工件表面水深不超过8mm时，采用本发明的辅助剂涂覆于待焊位置，可直接进行水下湿法焊接，本发明的辅助剂能够增加水下湿法激光焊接熔深，并对焊缝起到保护作用。在相同的焊接条件下，采用本发明的辅助剂进行水下激光焊接，熔深能够增加到5mm左右，解决水下湿法焊接时熔深小、工件表面水深超过7mm时无法焊接的技术难题。

技术领域

本发明涉及水下湿法激光焊接技术领域，具体地，涉及一种适用于水下湿法激光焊接用的辅助剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着国家海洋战略的全面开展，海底油田、天然气等油气管线以及海洋工程日益增多，水下焊接技术已越来越多的应用于海洋事业，海洋工程的组装与维修之中。在舰船、水陆两栖装备的常规训练、应急修复及海上捞救等作业中，水下焊接也是非常重要的技术手段。特别是对目前很多在役核电站来说，随着服役时间的逐渐增加，反应堆内部元件开始出现腐蚀、疲劳和应力腐蚀裂纹等现象，需要进行水下焊接维修。

湿法焊接在水下焊接中是最方便和使用最广泛使用的焊接方法，由于它不需要采取特殊的排水设施直接在水中可以进行焊接，具有设备简单，成本低，操作灵活方便，适应性强等特点。目前的水下焊接采用的主要是水下湿法电弧焊接。

激光焊接具有焊接速度快、热输入小、热影响区小、残余应力水平低等优点，此外对于水下焊接，激光光束可以通过光纤长距离传输至待焊部位，焊接系统可以简化和集中，因此其应用范围广，可以用于狭小工作区域。但是由于湿法焊接时水环境的存在，导致激光穿过水到达工件表面时功率急剧衰减，往往在工件表面距离水深超过7mm时，已不能实现水下激光焊接，而要完成水下湿法激光焊接，就必须保证工件表面水深不得超过7mm，并且为了保证焊接质量，还要进一步减小水深，才能保证焊接熔深达到要求，这给水下湿法激光焊接制定了苛刻的操作条件，增加了焊接操作的难度，一定程度上降低了焊接的稳定性，严重限制了水下湿法激光焊接的应用。

清华大学激光加工研究中心张旭东教授研究发现，使用4000W的Nd:YAG激光器进行水下湿法焊接当水深超过4mm时，熔深突然降至1mm以下。哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室冯吉才教授的研究表明：使用3000W光纤激光器进行水下湿法焊接时，当水深增加到6mm以上，焊接质量严重下降，熔深、熔宽急剧减小，焊缝不连续，当水深达到8mm时，焊接无法进行。出现这种现象的原因在于激光焊接时产生的等离子体对激光具有很强的屏蔽作用，加之水对激光的吸收、反射、散射、折射等，严重降低了激光到达焊接表面的能量，激光能量的衰减直接导致焊接无法进行，这严重制约了水下湿法焊接技术的发展和应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水下湿法激光焊接用辅助剂，在增大可焊接水深距离的同时，增加焊接熔深和焊缝的稳定性。

本发明提供的一种激光焊接用辅助剂，含有由以下重量份的原料，氟化钙10-15份，二氧化钛20-25份，碳酸钙10-15份，铝10-15份，氧化铁25-40份。

优选地，本发明提供的激光焊接用辅助剂，含有由以下重量份的原料，氟化钙12-15份，二氧化钛20-24份，碳酸钙10-13份，铝11-14份，氧化铁36-40份。

更优选地，本发明提供的激光焊接用辅助剂，含有由以下重量份的原料，氟化钙13-15份，二氧化钛20-23份，碳酸钙10-12份，铝12-14份，氧化铁36-39份。

最优选地，本发明提供的激光焊接用辅助剂，含有由以下重量份的原料，氟化钙14份，二氧化钛23份，碳酸钙11份，铝13份，氧化铁39份。

本发明所述辅助剂为球形或类球形粉末状，粒径为150-300目。