一种中厚板K型接头激光-CMT复合焊接装置及方法

本发明属激光能量焊接，尤其涉及一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置及方法。

背景技术：

1、航空航天领域对k型接头的焊缝成型质量要求很高，激光焊接与传统焊接方法相比具有能量密度高，焊接变形小，焊缝质量高等突出优点，同时可以进行精确、高效的焊接。目前k型接头激光焊接的常规焊接方法是在k型连接件上实施三次激光束焊接，但此方法由于依次施焊，容易造成焊缝的加热、冷却温度的不同而造成的应力集中，产生焊接变形，影响焊缝成型质量，进而降低焊接生产率。

2、目前有相关专利《一种k型接头双电弧预热激光摆动焊接方法》和《k型接头的双光束激光焊接方法》，两种专利均针对支板间的间隙为0mm，支板和底板的间隙为0mm。但是当两个支板间、支板和底板间存在间隙时，此两种发明专利的方法因没有填充焊丝的加入，焊后的焊缝会出现咬边、下榻等焊接缺陷。

3、因此，急需设计一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，包括母材和焊接装置，所述母材包括第一支板，第二支板和底板；所述第一支板，第二支板和底板对接处预留有焊接间隙；

4、所述焊接装置包括焊枪组件及激光器；所述焊接组件和激光器分别设置于所述对接处形成的三夹角空间内；沿焊接方向，所述焊枪组件设置于所述激光器焊接前方；每一所述激光器内均安装有分光模块，所述分光模块用于将所述激光器内激光束分为热导焊熔激光束和匙孔焊熔激光束。

5、所述焊枪组件包括结构相同的第一焊枪，第二焊枪和第三焊枪和三个cmt电源；三个所述cmt电源的正极分别与所述第一焊枪，第二焊枪和第三焊枪连接，所述cmt电源的负极连接所述母材；所述第一焊枪，第二焊枪和第三焊枪均为cmt焊枪。

6、第一焊枪，第二焊枪和第三焊枪的轴线分别与三个所述激光器分出的热导焊熔激光束和匙孔焊熔激光束共面；所述第一焊枪和第三焊枪且均与所述底板形成5°-70°夹角；

7、所述匙孔焊熔激光束在所述对接处形成匙孔形熔池，所述匙孔形熔池与所述cmt焊枪cmt焊丝的光丝间距为0-1mm；

8、所述热导焊熔激光束在与匙孔形熔池对接处形成热导焊熔池，所述热导焊熔激光束和匙孔焊熔激光束之间的间距为0.6-2mm。

9、所述第一支板/第二支板与底板形成的夹角为40°-80°。

10、所述第一支板之间第二支板和第一支板/第二支板与底板之间的焊接间隙均为0.01-2mm。

11、所述底板一侧还设置有超声变幅杆；所述超声变幅杆用于在对接处产生超声空化效应。

12、还设置有喷气系统，所述喷气系统用于对所述对接处喷射保护气。

13、一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接方法，包括以下步骤：

14、步骤一：对母材进行表面处理，去除表面杂质；将调节好焊接间隙的母材分别固定在焊接夹具上；

15、步骤二：将第一焊枪，第二焊枪和第三焊枪分别与cmt电源一电极连接，cmt电源另一电极连接母材；将第一焊枪，第二焊枪，第三焊枪和三个激光器分别布置在三个夹角空间；

16、步骤三：启动激光器及第一焊枪，第二焊枪和第三焊枪同步焊接，同时打开喷射系统，对对接处喷射保护气，防止焊缝氧化。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明通过设置三组焊枪组件及激光器可以使用较低的激光能量焊接k型接头一次成形，降低了较大激光能量焊接k型接头的焊接工件变形以及多次焊接产生的焊接应力集中问题，提高了焊缝组织以及焊缝力学性能。可快速实现液态熔滴进入对接处预留的焊接间隙中，提高其润湿铺展性，提高焊接成型效率和焊缝质量。

技术特征：

1.一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，包括母材和焊接装置，其特征在于，所述母材包括第一支板(3)，第二支板(6)和底板(9)；所述第一支板(3)，第二支板(6)和底板(9)对接处预留有焊接间隙；

2.根据权利要求1所述的一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于：所述焊枪组件包括结构相同的第一焊枪(1)，第二焊枪(4)和第三焊枪(7)和三个cmt电源；三个所述cmt电源的正极分别与所述第一焊枪(1)，第二焊枪(4)和第三焊枪(7)连接，所述cmt电源的负极连接所述母材；所述第一焊枪(1)，第二焊枪(4)和第三焊枪(7)均为cmt焊枪。

3.根据权利要求2所述的一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于：第一焊枪(1)，第二焊枪(4)和第三焊枪(7)的轴线分别与三个所述激光器分出的热导焊熔激光束(12)和匙孔焊熔激光束(13)共面；所述第一焊枪(1)和第三焊枪(7)且均与所述底板(9)形成5°-70°夹角；

4.根据权利要求1所述的一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于：所述第一支板(3)/第二支板(6)与底板(9)形成的夹角为40°-80°。

5.根据权利要求1所述的一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于：所述第一支板(3)之间第二支板(6)和第一支板(3)/第二支板(6)与底板(9)之间的焊接间隙均为0.01-2mm。

6.根据权利要求1所述的一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于：所述底板(9)一侧还设置有超声变幅杆(10)；所述超声变幅杆(10)用于在对接处产生超声空化效应。

7.根据权利要求1所述的一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于：还设置有喷气系统，所述喷气系统用于对所述对接处喷射保护气。

8.一种中厚板k型接头激光-cmt复合焊接方法，包括权利要求1-7任一项所述的中厚板k型接头激光-cmt复合焊接装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种中厚板K型接头激光‑CMT复合焊接装置及方法，包括母材和焊接装置，母材包括第一支板，第二支板和底板；第一支板，第二支板和底板对接处预留有焊接间隙；焊接装置包括焊枪组件及激光器；焊接组件和激光器分别设置于对接处形成的三夹角空间内；沿焊接方向，焊枪组件设置于激光器焊接前方；每一激光器内均安装有分光模块，分光模块用于将激光器内激光束分为热导焊熔激光束和匙孔焊熔激光束。本发明通过设置三组焊枪组件及激光器可以使用较低的激光能量焊接K型接头一次成形，降低了较大激光能量焊接K型接头的焊接工件变形以及多次焊接产生的焊接应力集中问题，提高了焊缝组织以及焊缝力学性能。

技术研发人员：彭进,许红巧,谢世华,王星星,原志鹏,殷硕,夏鸿博,马运五,陈志宏,杨志斌,苏轩,张震,施建军,凌自成,倪增磊
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21