一种中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形控制方法与流程

本发明涉及高强钢中厚板激光-电弧复合深熔焊接领域，尤其涉及一种中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形控制方法。

背景技术：

高强钢主要应用于大型工程设施与机械设备领域，应用形式以10mm以上的中厚板为主。在对厚度较大的钢板进行对接焊时，常用的方法是先加工出较深的坡口，再进行多层多道填丝焊。采用的焊接方法主要是电弧焊，包括熔化极惰性气体保护焊(mig)、熔化极活性气体保护焊(mag)和埋弧焊(saw)等。这些传统的焊接方式工艺较为繁琐，且焊接效率不高。

激光作为一种高能量密度的热源，应用于中厚板焊接领域时能够有效增加单道焊接熔深，减少焊接层数与道数，从而大大简化焊接工艺流程，但是对于厚度较大的钢板，激光的穿透能力仍受到其功率的限制；在深熔焊过程中，由于焊缝中熔化的液态金属的量相对较多，当钢板被焊穿后熔池受到重力的影响容易产生下淌，甚至会造成背部驼峰，严重影响焊缝成形，限制了激光深熔焊接方法在中厚板焊接中的运用；现有的一些焊接改进方法，大多需要对目前现有的焊接设备和/或工艺方法进行大幅度改变，降低了焊接改进方法的通用性和普适性。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形控制方法，能够不对现有的焊接设备和工艺方法进行大幅度改变，提高中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形质量，具备通用性和普适性的优点。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何不对现有的焊接设备和工艺方法进行大幅度改变的前提下，提高中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形质量，提高中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形的通用性和普适性。

为实现上述目的，本发明提供了一种中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形控制方法，包括以下步骤：

步骤1：对接钢板上表面接缝处设置的坡口为第一坡口，所述对接钢板下表面接缝处设置的坡口为第二坡口；所述坡口的尺寸包括坡口的宽度和深度，所述坡口的形状为坡口横截面的形状；

步骤2：确定所述第一坡口的尺寸和形状，并进行加工；

步骤3：确定所述第二坡口的尺寸和形状，并进行加工；

步骤4：采用激光-电弧复合焊方法对所述对接钢板上表面接缝进行焊接。

进一步地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：选用与所述对接钢板材质相同的试样平板；

步骤2.2：在所述试样平板上，采用电弧焊的方法进行堆焊，堆焊后得到的焊缝横截面形状为第一焊缝形状；

步骤2.3：根据所述对接钢板的厚度确定所述第一坡口的深度，根据所述第一焊缝形状确定所述第一坡口的宽度；

步骤2.4：确定所述第一坡口的形状；

步骤2.5：根据所述步骤2.3和所述步骤2.4，在所述对接钢板上表面接缝处加工所述第一坡口。

进一步地，所述步骤2.2中的所述电弧焊与所述步骤4中的所述激光-电弧复合焊方法中选用的电弧焊相同。

进一步地，所述步骤2.3中，所述第一坡口的宽度小于等于所述第一焊缝形状的宽度，所述第一坡口的宽度和深度能够确保焊接设备能够伸入坡口中。

进一步地，所述步骤2.4中，所述第一坡口的形状为弧形或u形。

进一步地，所述步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：选用与所述对接钢板材质相同的试样对接钢板；

步骤3.2：根据所述步骤2确定的所述第一坡口的尺寸和形状，在所述试样对接钢板上表面接缝处开设与所述第一坡口一样的坡口，所述试样对接钢板下表面接缝处不设置坡口；

步骤3.3：采用激光-电弧复合焊方法对所述试样对接钢板上表面接缝进行焊接，得到的焊缝横截面形状为第二焊缝形状；

步骤3.4：根据所述第二焊缝形状确定所述第二坡口的宽度；

步骤3.5：确定所述第二坡口的形状；

步骤3.6：根据所述步骤3.4和所述步骤3.5，在所述对接钢板下表面接缝处加工所述第二坡口。

进一步地，所述步骤3.4中，所述第二坡口的宽度小于等于所述第二焊缝形状的宽度，所述第二坡口的深度与所述第二焊缝形状的未焊透的深度或焊透后背部驼峰的高度的比值大于等于1且小于等于1.1。

进一步地，所述步骤3.5中，所述第二坡口的形状为v形。

进一步地，所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：如果所述对接钢板的厚度小于18mm，则转到步骤4.3，否则转到步骤4.2；

步骤4.2：采用单激光焊接方法对所述对接钢板上表面接缝进行打底焊接，所述单激光焊接方法选用的激光器的功率与所述对接钢板的厚度成正比；

步骤4.3：采用激光-电弧复合焊方法对所述对接钢板上表面接缝进行焊接。

进一步地，所述步骤4.2中所述单激光焊接方法选用的激光器功率大于等于8kw；所述步骤4.3中，所述激光-电弧复合焊方法中选用的激光器为光纤激光器或co2激光器，所述激光-电弧复合焊方法中选用的电弧焊为熔化极惰性气体保护焊。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过对对接钢板接缝处设置坡口，实现了利用现有焊接设备和工艺方法，提高了中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形质量，具备通用性和普适性的优点；

2、本发明通过对对接钢板上表面接缝处设置坡口，有效增加了焊缝熔深；

3、本发明通过对对接钢板下表面接缝处设置坡口，减少或消除背部驼峰的形成，起到改善焊缝背面成形的作用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的第一坡口与第二坡口的尺寸与形状示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的采用mig焊接方法获得的焊缝示意图；

图3是采用纯激光焊接方法焊透未采用背面坡口的对接焊缝出现的下塌现象示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的焊缝双面成形示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1：

本实施例的对接钢板材料为q890低合金高强钢，对接钢板厚度为20mm，采用ipg光纤激光器和fronius焊机进行激光mig复合焊接。采用的中厚板激光-电弧复合焊焊缝双面成形控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对接钢板上表面接缝处设置的坡口为第一坡口，对接钢板下表面接缝处设置的坡口为第二坡口；坡口的尺寸包括坡口的宽度和深度，坡口的形状为坡口横截面的形状；

步骤2：确定第一坡口的尺寸和形状，并进行加工；

步骤2包括如下子步骤：

步骤2.1：选用与对接钢板材质相同的试样平板；

步骤2.2：在试样平板上，采用mig焊接方法进行堆焊，堆焊后得到的焊缝横截面形状为第一焊缝形状，如图2所示；

步骤2.3：根据对接钢板的厚度确定第一坡口的深度，根据第一焊缝形状确定第一坡口的宽度；第一坡口的宽度小于等于第一焊缝形状的宽度，第一坡口的宽度和深度能够确保焊接设备能够伸入坡口中；如图1所示，第一坡口的宽度尺寸a为8mm，深度尺寸b为4mm；

步骤2.4：确定第一坡口的形状；第一坡口的形状为弧形或u形，本实施例优选为u形，如图1所示；

步骤2.5：根据步骤2.3和步骤2.4，在对接钢板上表面接缝处加工第一坡口；

步骤3：确定第二坡口的尺寸和形状，并进行加工；

步骤3包括如子下步骤：

步骤3.1：选用与对接钢板材质相同的试样对接钢板；

步骤3.2：根据步骤2确定的第一坡口的尺寸和形状，在试样对接钢板上表面接缝处开设与第一坡口一样的坡口，试样对接钢板下表面接缝处不设置坡口；

步骤3.3：采用激光mig复合焊接方法对试样对接钢板上表面接缝进行焊接，得到的焊缝横截面形状为第二焊缝形状；如图3所示；

步骤3.4：根据第二焊缝形状确定第二坡口的宽度；第二坡口的宽度小于等于第二焊缝形状的宽度，第二焊缝形状出现了焊透后的塌陷现象，所以第二坡口的深度与第二焊缝形状焊透后背部驼峰的高度的比值大于等于1且小于等于1.1；

步骤3.5：确定第二坡口的形状；本实施例第二坡口的形状优选为v形；第二坡口的形状和尺寸如图1所示，第二坡口的宽度尺寸c为2mm，深度尺寸d为4mm；

步骤3.6：根据步骤3.4和步骤3.5，在对接钢板下表面接缝处加工第二坡口；

步骤4：采用激光mig复合焊接方法对对接钢板上表面接缝进行焊接；由于本实施例焊接板厚e为20mm，大于18mm，选择单道激光-电弧复合焊较难穿透，所以先采用单道激光焊进行打底，焊接功率为8kw，焊接深度为8mm。再采用激光mig复合焊接方法进行焊接，激光功率8kw，送丝速度8m/min，焊接电流200a，电弧与激光光斑距离3mm，最后完成激光复合焊；焊后焊缝双面成形效果示意图如图4所示。

实施例2：

本实施例的对接钢板材料为q690低合金高强钢，对接钢板厚度为15mm，采用co2光纤激光器和fronius焊机进行激光mig复合焊接。在实施例1的基础上，步骤4替换为直接采用激光mig复合焊接方法进行焊接，激光功率10kw，送丝速度8m/min，焊接电流200a，电弧与激光光斑距离3mm，最后完成激光复合焊。

上述实施例仅为举例说明。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。