[发明专利]基于旁轴激光-同轴送丝-电磁场协同的高强钢厚板窄间隙焊接方法与系统

说明书

本发明公开了基于旁轴激光‑同轴送丝‑电磁场协同的高强钢厚板窄间隙焊接方法，主要步骤如下：提供第一母材和第二母材并对接形成窄间隙接头，采用激光自熔焊完成打底焊；提供激光填丝焊接系统；开启激光填丝焊接系统，焊缝表面轮廓检测仪、第一激光头、同轴送丝头、第二激光头、第一电磁线圈、第二电磁线圈和旁轴喷嘴同步移动，实施焊接；本发明还公开了基于旁轴激光‑同轴送丝‑电磁场协同的高强钢厚板窄间隙焊接系统。本发明方案解决了现有高强钢厚板窄间隙激光焊接工艺中焊接热输入大导致热影响区组织粗大、裂纹等问题，具有工艺稳定性好和焊接效率高等突出优点。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及基于旁轴激光-同轴送丝-电磁场协同的高强钢厚板窄间隙焊接方法与系统。

技术背景

随着现代工程机械向着大型化、高承载发展，高强钢厚板焊接的应用越来越广泛。厚板窄间隙激光填丝焊接方法是一种高效优质的焊接技术，兼顾了窄间隙焊接和激光焊接的优点，既有窄间隙坡口所需填充较少的金属，又克服了传统电弧焊的热损伤大、焊缝晶粒粗大、焊接效率低等缺点。但是采用该方法焊接厚板时，由于坡口宽度较小，在较大的填充量时，导致单层焊缝的熔化金属在深度方向较大，焊缝深宽比大，由于焊缝底部以及两侧的凝固速度较快，焊缝中心的凝固速度最慢，在凝固后期，在焊缝中心偏上的位置缺少液态金属的补充，最终形成结晶裂纹。在较小的填充量时，即焊丝直径较小，旁轴送丝激光填丝焊接存在光丝耦合行为差的问题；采用多层多道焊接方法，存在相邻两道之间的组织不均匀和未熔合等缺陷。不可忽视地，对于高强钢厚板而言，焊接热输入过大会造成热影响区组织粗大而发生脆化和软化等问题。

在2021年7月30日公布的，公布号为“CN 113182687 A”，发明名称为“一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法”公布了一种基于焊缝梯度凝固控制的窄间隙双光束激光填丝焊接方法，该方法采用沿焊接方向前后排列的两束激光作用在窄间隙坡口内并填充焊丝，前束激光作为焊接主热源，后束激光作为辅助热源，用于控制焊缝的熔池凝固顺序，实现自下而上的梯度顺序凝固，抑制了焊缝裂纹的产生。但该方法仍存在问题：旁轴送丝焊接过程中，光-丝-母材之间的相互作用过程处于一个不稳定的波动状态，影响焊缝成型质量的稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对工程机械用高强钢厚板窄间隙激光焊接时出现热输入大导致热影响区组织粗大而发生脆化和软化，以及熔池不均匀凝固导致结晶裂纹的问题，提出基于旁轴激光-同轴送丝-电磁场协同的高强钢厚板窄间隙焊接方法和系统。

本发明提供基于旁轴激光-同轴送丝-电磁场协同的高强钢厚板窄间隙焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：提供第一母材和第二母材，并对接形成窄间隙接头，采用激光自熔焊完成窄间隙接头打底焊。

步骤2：提供激光填丝焊接系统，激光填丝焊接系统包括：同轴送丝系统、旁轴双光束激光系统、电磁场系统、旁轴保护气供给系统、焊缝表面轮廓检测仪和工控机。

所述同轴送丝系统包括同轴送丝头和送丝机。

所述旁轴双光束激光系统包括第一激光头、第二激光头、第一传输光纤、第二传输光纤、第一激光器和第二激光器。

所述电磁场系统包括第一电磁线圈和第二电磁线圈。

所述旁轴保护气供给系统包括旁轴喷嘴和保护气瓶。

步骤3：焊缝表面轮廓检测仪、第一激光头、同轴送丝头、第二激光头和旁轴喷嘴沿焊接方向前后成列布置，同步移动；第一电磁线圈安装于同轴送丝头上，第二电磁线圈设置在熔池下方并与第一电磁线圈同步移动。