一种板材双面窄间隙扫描振镜激光-MAG复合焊接的方法与流程

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种扫描振镜激光-mag复合焊接。

背景技术：

目前，核电、海洋工程领域厚板采用传统的电弧焊接是先将一面焊缝焊好后，用碳弧气刨在另一面清根再焊接另一面焊缝的方法，缺点是坡口角度大、填充金属量大、焊接效率低，焊接变形大，焊接质量差。采用传统激光焊接光斑直径小，对装配间隙要求高，工件加工精度要求高，根部熔透困难。采用传统的激光-mag电弧复合焊接装置在焊接厚板过程中，激光束在待焊工件上呈直线移动，焊道侧壁和层间易产生未熔合、气孔、夹渣缺陷。采用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，可以解决厚壁构件焊接熔透不足、侧壁熔合及层间熔合不良问题，但是厚板单面焊接变形大，焊接效率低。

为了克服现有技术中焊接效率低、焊接变形大、焊接质量差、装配精度要求高、根部熔透不足、侧壁和层间易产生未熔合、气孔、夹渣的缺陷，急需一种新型的焊接方法。

技术实现要素：

为了能够解决焊接中根部熔透不足、侧壁和层间易产生未熔合、气孔、夹渣的缺陷，本发明提出了一种板材双面窄间隙扫描振镜激光-mag复合焊接的方法。该方法通过采用双面扫描振镜激光-mag复合填充焊接，利用扫描振镜激光的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：

一种板材双面窄间隙扫描振镜激光-mag复合焊接的方法，包括以下步骤：

（1）将待焊接工件ⅰ、待焊接工件ⅱ机械加工制成凸台组成双u型窄间隙焊接坡口；

（2）将待焊接工件ⅰ和待焊接工件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）利用前扫描振镜激光-mag复合焊枪和后扫描振镜激光-mag复合焊枪在焊接坡口两侧采用φ1.0～φ1.6mm焊丝进行打底焊接，前扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪起弧，间隔6～20s后扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪起弧；激光功率6～10kw，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工件上形成激光焦点，光斑摆动范围0～3mm，振镜摆动频率50～200hz，光丝距离0～3mm，电弧电流180～240a，电弧电压20～26v，焊接速度100～200mm/min，80%二氧化碳与20%氩气混合气体流量为15～25l/min；

（5）利用前扫描振镜激光-mag复合焊枪和后扫描振镜激光-mag复合焊枪在坡口两侧采用φ1.0mm～φ1.6mm焊丝进行填充焊接，焊接时前扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪起弧，间隔15～25s后扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪起弧；激光功率6～10kw，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工件上形成激光焦点，光斑摆动范围0～15mm，振镜摆动频率50～200hz，光丝距离0～3mm，电弧电流200～400a，电弧电压20～30v，焊接速度200mm/min～2000mm/min，80%二氧化碳与20%氩气混合气体流量为15～25l/min。

积极效果，由于本发明通过双面扫描振镜-mag复合打底焊接增大熔深实现根部全熔透，通过双面窄间隙扫描振镜激光-mag复合焊接提高焊接效率，同时有效调控构件焊后残余应力，控制焊接变形，从而解决厚板构件焊接时根部熔透不足、侧壁熔合不良、焊缝脊状变形大和焊接效率低的问题。适宜作为板材双面窄间隙扫描振镜激光-mag复合焊接的方法应用。

附图说明

图1为板材待焊接工件的焊接坡口形式；

图2为扫描振镜激光-mag复合焊枪示意图；

图3为前、后复合焊枪位置示意图。

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、待焊接工件ⅰ，2.待焊接工件ⅱ，3.mag焊枪，4.激光焦点，5.平像场镜，6.激光束，7.前扫描振镜激光-mag复合焊枪，8.后扫描振镜激光-mag复合焊枪。

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

以长度1m、板厚为80mm的sa838grb钢对接横焊焊接工艺为例，具体说明焊接实施步骤和过程。

（1）将待焊接工件ⅰ1、待焊接工件ⅱ2机械加工制成凸台组成双u型窄间隙焊接坡口；

（2）将待焊接工件ⅰ和待焊接工件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）利用前扫描振镜激光-mag复合焊枪7和后扫描振镜激光-mag复合焊枪8在焊接坡口两侧采用φ1.2mm焊丝进行打底焊接，前扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪3起弧，间隔8s后扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪起弧；激光功率6kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束6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5使激光束作用到工件上形成激光焦点4，光斑摆动范围2mm，振镜摆动频率60hz，光丝距离2mm，电弧电流200a，电弧电压26v，焊接速度200mm/min，80%二氧化碳与20%氩气混合气体流量为20l/min。

（5）利用前扫描振镜激光-mag复合焊枪7和后扫描振镜激光-mag复合焊枪8在坡口两侧采用φ1.2mm焊丝进行填充焊接，焊接时前扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪3起弧，间隔20s后扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪3起弧；激光功率6kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束6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5使激光束作用到工件上形成激光焦点4，光斑摆动范围3～15mm，振镜摆动频率100hz，光丝距离2mm，电弧电流300a，电弧电压26～30v，焊接速度500mm/min～1500mm/min，80%二氧化碳与20%氩气混合气体流量为25l/min。

实施例2

以长度1m、板厚为114mm的a514grq钢对接横焊焊接工艺为例，具体说明焊接实施步骤和过程。

（1）将待焊接工件ⅰ1、待焊接工件ⅱ2机械加工制成凸台组成双u型窄间隙焊接坡口；

（2）将待焊接工件ⅰ和待焊接工件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）利用前扫描振镜激光-mag复合焊枪7和后扫描振镜激光-mag复合焊枪8在坡口两侧采用φ1.2mm焊丝进行打底焊接，焊接时前扫描振镜激光-mag复合焊枪7的mag焊枪3起弧，间隔18s后扫描振镜激光-mag复合焊枪8的mag焊枪3起弧；激光功率8kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束6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5使激光束作用到工件上形成激光焦点4，光斑摆动范围3mm，振镜摆动频率160hz，光丝距离3mm，电弧电流240a，电弧电压26v，焊接速度100mm/min，80%二氧化碳与20%氩气混合气体流量为25l/min。

（5）利用前扫描振镜激光-mag复合焊枪7和后扫描振镜激光-mag复合焊枪8在坡口两侧采用φ1.2mm焊丝进行填充焊接，焊接时前扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪3起弧，间隔20s后扫描振镜激光-mag复合焊枪的mag焊枪起弧；激光功率4kw，光斑直径φ0.6mm，通过调节x实现激光束在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5使激光束作用到工件上形成激光焦点4，光斑摆动范围3～15mm，振镜摆动频率100hz，光丝距离2mm，电弧电流360～400a，电弧电压24～30v，焊接速度1000mm/min～1500mm/min，80%二氧化碳与20%氩气混合气体流量为25l/min。

本发明的特点：

1、采用双面扫描振镜激光-mag复合打底焊接，能够一次熔透0～20mm，取消气刨清根工序，提高了焊接效率，减少了填充金属量，相比电弧焊接，能够减小热输入及热影响区。

2、采用扫描振镜激光-mag复合打底焊接，利用扫描振镜激光的高频摆动增大熔池面积，扩大工件装配间隙窗口范围，降低工件加工精度，提高激光焊接适应性。

3、采用双面扫描振镜激光-mag复合填充焊接，利用扫描振镜激光的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，同时也可提高激光能量利用率。

4、采用双面窄间隙扫描振镜激光-mag复合填充焊接，减少了填充金属量，降低了热输入，有效调控了焊接应力，控制了焊接变形，节省了焊接材料，提高了焊接效率。