一种管道窄间隙扫描振镜激光-热丝TIG复合焊接的方法与流程

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种管道扫描振镜激光-热丝tig复合焊接的方法。

背景技术：

核电领域厚壁管道传统焊接采用大坡口焊接，手工tig焊打底，自动或手工tig焊填充或热丝tig焊填充盖面。大坡口焊接时填充金属量大、焊接变形大，tig焊打底、填充效率低，热丝tig焊填充盖面质量不高。而传统的热丝tig焊接工艺虽然能够2～3倍于传统冷丝tig焊的效率，但是其效率仍然有很大的局限性。

激光焊由于其具有能量密度高，焊缝质量好，深宽比大，热影响区小，焊接变形小，而且焊接速度快以及易于实现自动化的优点，已经在工业生产中得到广泛的应用，但是由于单激光焊光斑直径小，对焊缝装配精度要求较高、打底焊背面成形不良，焊缝冷却过快导致焊道侧壁和层间易产生熔合不良。扫描振镜激光焊接利用高频摆动增大熔池面积、改善侧壁熔合、搅拌熔池减少缺陷、提高激光焊接适应性，可以解决厚壁管道焊接装配精度要求高、打底焊背面成形不良以及焊道侧壁和层间易产生熔合不良的问题，但是厚壁管道焊接时效率仍然不高。

技术实现要素：

为了克服现有技术中焊接变形大、焊接效率低、焊接质量不高、打底焊背面成形不良、侧壁和层间熔合不良的问题，本发明提出了一种管道窄间隙扫描振镜激光-热丝tig复合焊接的方法。该方法通过采用扫描振镜-热丝tig复合打底焊接，利用高频摆动增大熔池面积，降低了装配精度要求，增大了根部熔透深度，改善了打底焊背面成形；采用窄间隙扫描振镜激光-热丝tig复合填充焊接改善侧壁熔合、提高激光焊接适应性，减小焊接变形，提高了焊接效率，解决激光焊接的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种管道窄间隙扫描振镜激光-热丝tig复合焊接的方法，包括以下步骤：

（1）将待焊接管件ⅰ、待焊接管件ⅱ机械加工制成阶梯过渡组成u型窄间隙焊接坡口；

（2）将待焊接管件ⅰ、待焊接管件ⅱ进行装配；

（3）焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水份及其它污物；

（4）利用扫描振镜激光-热丝tig复合焊枪中的tig焊枪采用φ0.8～φ1.2mm焊丝进行打底焊接；激光功率4～10kw，光斑直径φ0.1～φ1.0mm，激光束摆动经过平像场镜使激光束作用到管件上形成激光焦点，光斑摆动范围0～5mm，振镜摆动频率10～300hz，光丝距离0～3mm，热丝电流10～140a，焊接电流180～220a，电弧电压8～16v，焊接速度50～200mm/min，氩气流量为10～15l/min；

（5）利用扫描振镜激光-热丝tig复合焊枪中的tig焊枪采用φ1.0mm～φ1.6mm焊丝进行填充焊接；激光功率6～8kw，光斑直径φ0.1～φ1.0mm，激光束摆动经过平像场镜使激光束作用到管件上形成激光焦点，光斑摆动范围3～10mm，振镜摆动频率10～400hz，光丝距离0～3mm，热丝电流10～140a，焊接电流160～230a，电弧电压8～20v，焊接速度50mm/min～400mm/min，氩气流量为10～20l/min。

积极效果，由于本发明通过将待焊接管件制作成u形焊接坡口，工件装配，焊前清除坡口及其周围的油污、水份及其它污物，采用扫描振镜-热丝tig复合打底焊接，利用高频摆动增大熔池面积，降低了装配精度要求，增大了根部熔透深度，改善了打底焊背面成形；采用窄间隙扫描振镜激光-热丝tig复合填充焊接改善侧壁熔合、提高激光焊接适应性，减小焊接变形，提高了焊接效率。适宜作为管道窄间隙扫描振镜激光-热丝tig复合焊接的方法应用。

附图说明

图1为管道焊接坡口形式；

图2为扫描振镜激光-热丝tig复合焊枪示意图。

图中，x为振镜沿x轴调节激光束，y为振镜沿y轴调节激光束，z为振镜沿z轴调节激光束，1、待焊接管件ⅰ，2.待焊接管件ⅱ，3.tig焊枪，4.激光焦点，5.热丝，6.平像场镜，7.激光束。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施案例。

实施例1

以直径φ690mm、壁厚δ为70mm的316ln不锈钢管道全位置对接焊为例，具体说明焊接实施步骤和过程。

（1）将待焊接管件ⅰ1、待焊接管件ⅱ2机械加工制成阶梯过渡组成u型窄间隙焊接坡口；

（2）将待焊接管件ⅰ1、待焊接管件ⅱ2进行装配；

（3）焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水份及其它污物；

（4）利用扫描振镜激光-热丝5tig复合焊枪中的tig焊枪3采用φ1.2mm焊丝进行打底焊接；激光功率8kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束7在x轴调节；通过调节y实现激光束在y轴调节；通过调节z实现激光束在z轴调节，实现激光束摆动，经过平像场镜6使激光束作用到管件上形成激光焦点4，光斑摆动范围0～5mm，振镜摆动频率80～100hz，光丝距离2mm，热丝电流40a，焊接电流200～220a，电弧电压10～12v，焊接速度60～80mm/min，氩气流量为13l/min。

（5）利用扫描振镜激光-热丝5tig复合焊枪中的tig焊枪3采用φ1.2mm焊丝进行填充焊接；激光功率6kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束7在x轴调节；通过调节y实现激光束在y轴调节；通过调节z实现激光束在z轴调节，实现激光束摆动，经过平像场镜6使激光束作用到管件上形成激光焦点4，光斑摆动范围3～10mm，振镜摆动频率40～400hz，光丝距离2mm，热丝电流60a，焊接电流160～230a，电弧电压8～20v，焊接速度50mm/min～200mm/min，氩气流量为15～20l/min。

实施例2

以直径φ350mm、壁厚δ为40mm的316ln不锈钢管道全位置对接焊，具体说明焊接实施步骤和过程。

（1）将待焊接管件ⅰ1、待焊接管件ⅱ2机械加工制成阶梯过渡组成u型窄间隙焊接坡口；

（2）将待焊接管件ⅰ1、待焊接管件ⅱ2进行装配；

（3）焊接前清除坡口及其周围的氧化皮、油污、锈、水份及其它污物；

（4）利用扫描振镜激光-热丝5tig复合焊枪中的tig焊枪3采用φ0.8mm焊丝进行打底焊接；激光功率6kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束7在x轴调节；通过调节y实现激光束在y轴调节；通过调节z实现激光束在z轴调节，实现激光束摆动，经过平面场镜6使激光束作用到管件上形成激光焦点4，光斑摆动范围0～3mm，振镜摆动频率60～80hz，光丝距离3mm，热丝电流60a，焊接电流180～200a，电弧电压8～10v，焊接速度50～100mm/min，氩气流量为11l/min。

（5）利用扫描振镜激光-热丝5tig复合焊枪中的tig焊枪3采用φ1.2mm焊丝进行填充焊接；激光功率4kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束7在x轴调节；通过调节y实现激光束在y轴调节；通过调节z实现激光束在z轴调节，实现激光束摆动，经过平面场镜6使激光束作用到工件上形成激光焦点4，光斑摆动范围3～8mm，振镜摆动频率30～300hz，光丝距离3mm，热丝电流80a，焊接电流160～230a，电弧电压8～20v，焊接速度50mm/min～200mm/min，氩气流量为10～25l/min。

本发明的特点：

1、采用窄间隙焊接坡口，减少了金属填充量，降低了焊接热输入量，减小焊接变形，提高了焊接效率。

2、采用扫描振镜-热丝tig复合打底焊接，利用高频摆动增大熔池面积，降低了装配精度要求，增大了根部熔透深度，改善了打底焊背面成形。

3、采用窄间隙扫描振镜激光-热丝tig复合填充焊接，利用高频摆动增大熔池面积、改善侧壁熔合、搅拌熔池减少缺陷、提高激光焊接适应性，解决了焊道侧壁和层间易产生熔合不良的问题。

4、采用扫描振镜激光-热丝tig复合焊接，解决了手工焊接效率低、焊接质量不稳定的问题。