[发明专利]一种钛合金厚板预填丝激光超窄间隙焊接方法

说明书

本发明公开了一种钛合金厚板预填丝激光超窄间隙焊接方法，该焊接方法包括如下步骤：将待焊钛合金厚板的单侧或双侧坡口加工成带钝边的U型坡口，坡口间隙不超过10mm，钝边厚度为1~10mm，圆角直径比预填粗焊丝直径大0~1mm，坡口角度为0~1.5°；之后在气体保护下进行焊接，在焊接过程中，先进行钝边激光焊接，然后采用先铺设焊丝后焊接进行填充焊直至填充焊完成；最后进行盖面激光焊接。本发明的焊接方法解决了现有钛合金厚板填丝焊接效率相对较低、焊接过程中焊丝对匙孔稳定性的干扰问题，大幅提升了焊接效率保证了焊接过程的稳定性，同时可以将钛合金厚板的焊接间隙保证在10mm以内，焊接变形和焊接应力通过逐层能量精确控制降到最低，实现高精度和高质量焊接。

技术领域

本发明涉及激光超窄间隙焊接技术领域，具体的说是一种钛合金厚板预填丝激光超窄间隙焊接方法。

背景技术

窄间隙焊接通常是指将厚度30mm以上的板材，按小于板厚的间隙开坡口，再进行机械化或自动化弧焊的方法(板厚小于200mm时，间隙小于20mm；板厚超过200mm时，间隙小于30mm)。其中超窄间隙坡口宽度不超过10mm。现有单纯电弧焊窄间隙焊接中采用的间隙大多在12-20mm，甚至更宽，焊接速度通常为0.12-0.2m/min。这种窄间隙焊接技术，虽然设备简单，成本较低，但由于焊接速度过低、焊接线能量仍然较大，因此在焊接变形量和焊接区域的组织性能上有待进一步改善。激光窄间隙焊接用于大厚度材料连接，是一种高效率、高质量、小变形的焊接技术。与窄间隙电弧焊接相比，具有如下优点：焊接速度更快、熔化深度更大、工艺稳定性更好，并且由于晶粒组织更为细化且热影响区更小，所以力学性能更加优越。

对于窄间隙焊丝送进的准确性和焊接过程的稳定性是钛合金窄间隙激光焊接需要解决的主要问题。在窄间隙中将焊丝准确送入激光光斑的位置形成焊接熔池也是确保实现窄间隙激光焊接的关键。多层多道焊接需要多次进行焊丝和焊缝中心找正，严重影响了焊接效率，同时钛合金盘状焊丝送出时存在显著的弯曲影响送丝的准确性，以及填充过程的稳定性和焊接成形的一致性，焊丝对匙孔的干扰也会影响焊接过程的稳定性，从而影响接头的性能，上述问题使得传统填丝激光窄间隙焊接过程稳定性控制困难，焊接效率有所降低。公开号为CN 108526690 A的中国专利提出了一种万瓦级激光预填料窄间隙焊接方法，通过板条状填充物和万瓦级以上的能量大功率实现大厚度的焊接。但是大功率带来的焊接热输入增大，热影响区增大会恶化接头性能。同时由于钛合金弹性模量低，大功率焊接会产生较大的焊接变形和焊接应力，影响后续焊缝的填充，应力的存在会影响后续焊接质量，严重时会导致焊接裂纹的产生。此外，板条状填充物需要根据不同的材料成分进行设计和制备，没有成熟的配套工业生产体系，不利于该项技术的工程化大规模应用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种钛合金厚板预填丝激光超窄间隙焊接方法，该焊接方法可以实现钛合金厚板的大功率高效焊接，在保证焊缝间隙为超窄间隙的同时，良好的焊接热输入控制避免侧壁未熔合等焊接缺陷的产生，同时保持较低的焊接热输入，有效的降低焊接变形和焊接残余应力，实现高精度高质量焊接。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种钛合金厚板预填丝激光超窄间隙焊接方法，包括如下步骤：

S1、钝边设计及加工

将待焊钛合金厚板的单侧或双侧坡口加工成带钝边的U型坡口，其中，U型坡口的坡口间隙不超过10mm，钝边厚度为1～10mm，圆角直径比预填粗焊丝直径大0～1mm，坡口角度为0～1.5°；

S2、焊接

S21、进行钝边激光焊接，钝边焊接采用的焊接工艺为：激光功率5KW-15KW，离焦量为0～+20mm，焊接速度为200mm/min～1500mm/min；