[发明专利]一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统

说明书

本发明公开了一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统，通过将基层板材与覆层板材放置于真空舱内操作平台上组成待焊复合板材并进行装夹固定，抽空真空舱内空气并输入惰性气体，根据实际需要设定焊接速度、焊接功率、离焦量，激光斑形状、激光焊接头摆动幅度和摆动频率等焊接参数，设于真空舱内的行走机构带动操作平台使焊缝在光斑的相对运动轨迹覆盖下，通过真空环境下激光重熔焊缝表面改性，增加熔透深度，提高焊缝强度，完成焊接后继续输入惰性气体并保持压强在一段时间内不变，输入空气后打开舱门完成焊接工作。本发明的方法在相同的激光功率条件下达到更大的熔透深度，实现大熔深焊缝一次成形，大大提高焊接效率。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，更具体地，涉及一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统。

背景技术

大厚度异种材料焊接后进行轧制是一种常用的大厚度复合板制造方法，被广泛应用于化学油轮、压力容器和管道等领域。这种连接方法可以使不同材料发挥各自的优势，但此类复合板焊接的焊缝一般深度较大，且结构复杂，因此焊接难度大，其质量与效率也较难保证。因此如何提升复合板焊缝的质量及焊接效率，是一个较为复杂的系统工程。

中国专利CN105127566A公开了一种大厚度碳钢—不锈钢复合板的全焊透焊接方法，该方法采用埋弧焊进行多层多道焊接，解决了现有技术这种大厚度板焊接出现过渡层裂纹,基层难以清根,焊接接头未熔合,不牢固等质量问题，实现了60-250mm的大厚度碳钢—不锈钢复合钢板,并且焊接接头质量优异。中国专利CN112008194A公开了一种复合钢板焊接工艺。该方法在基材和开双面U形坡口，采用手工电弧多层焊接法避免了覆层母材出现渗碳现象，满足了复合层晶间腐蚀要求保证了焊缝质量。但是以上两种方法都属于多层多道焊接，且需要进行坡口加工，因此焊接效率非常低。中国专利CN11260916A公开了一种复合钢板及其爆炸焊接生产方法，该方法采用爆炸焊，其复合钢板具有耐腐蚀、耐高温、强韧性匹配好及整体性能高的特性，且生产方法简单实用高效便捷。但是爆炸焊具有一定的危险性，需要特殊的场地要求，且不适合复杂结构的复合钢连接，焊接质量也难以保证。

激光作为高能束的一种，具有较强的穿透能力，而且具有热输入低，焊接变形小，焊接速度快，无需开坡口，焊接效率高等优势，可取代常规的爆炸焊、手工电弧焊及埋弧自动焊等焊接方法；但是在大厚度焊接领域，激光焊接过程仍然十分不稳定，剧烈的羽辉与金属蒸汽导致激光能量无法被焊接材料稳定高效的吸收，因此很难达到理想的焊接深度，限制了激光焊接技术的广泛应用。

发明内容

针对现有激光焊接技术在大厚度焊接领域焊接不稳定、难达到理想的焊接深度，本发明提供一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法及系统，通过在真空环境下采用摆动激光的方式达到更大的熔透深度，同时使焊缝规律性增加，提高全尺寸焊缝的稳定性，实现了激光焊接技术应用于大厚度异质材料焊接上突破。

为实现上述目的，本发明提供一种大厚度异质材料高质量真空激光焊接方法，包括以下步骤：

S1：异质材料焊前处理：将待焊接异质材料的焊接接触面进行打磨、酸洗或激光清洗处理；

S2：装夹及焊接机构动态调节：将异质材料置于真空舱内的操作平台上装夹固定，调整激光器输出光斑调尺寸及形状，将光斑对准焊缝起始点，通过对操作平台连接的行走机构的设定实现光斑与复合板材固定轨迹的相对移动，并确保光斑行走轨迹覆盖整个焊缝区域；

S3：高真空度环境处理：对所述真空舱进行抽真空处理直至达到对应异质材料焊接熔深指定真空度后，同时对所述真空舱充入高纯度惰性气体，同时调节舱内进气、抽气动态平衡，获得1000Pa以下的真空环境；

S4：焊接工艺参数确定：根据实际焊缝形状、尺寸以及性能需求，设置相应的激光加工参数，所述激光加工参数包括加工速度、激光功率、离焦量、光斑形状、摆动幅度和摆动频率，摆动幅度和较低的摆动频率确保在不影响熔透深度的前提下增加匙孔开口大小，使激光可以更好的接触匙孔底部；