[发明专利]一种T型结构件双激光诱导电弧穿透焊接方法及焊接装置

说明书

本发明提供一种T型结构件双激光诱导电弧穿透焊接方法及焊接装置，方法包括：S1：调整T型结构件与电弧焊接热源系统的位置关系，将电弧热源垂直于T型结构件壁板设置，T型结构件筋板的待熔侧置于电弧热源的正下方，双激光分别置于电弧热源两侧并调整其间距到预设值；S2：调整激光束及电弧热源的焊接参数，使T型结构件壁板与筋板充分熔合，将双激光束与电弧形成的复合热源作用于T型结构件，穿透壁板并确保筋板熔化形成共熔池；S3：待共熔池冷却后形成完整穿透形式焊接接头。本发明主要利用焊接电弧和两个激光束形成的复合热源模式，从而实现整体热源的穿透能力和穿透熔池宽度的调控，满足中厚度壁板和2mm以上厚度筋板的T型结构件穿透焊接需求。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种T型结构件的焊接方法，尤其涉及一种T型结构件双激光诱导电弧穿透焊接方法及焊接装置。

背景技术

目前用于T型结构件焊接的主要方法包括：电弧焊、激光焊及激光-电弧复合焊。

其中电弧焊由于热源能量密度相对较低，更多的是采用双侧角焊缝形式应用于中厚板T型结构件制造，例如船舶分段的肋板骨材焊接；电弧焊也可应用于薄壁板加强筋的穿透焊形式，但是实现薄壁板的穿透焊接所需要的焊接电流很大，并且需要强制成型，焊接速度较慢，导致焊接接头组织粗大、性能降低，特别是焊后变形较大，降低了零件的整体制造精度和效率。激光焊具有高的热源能量密度，当前激光焊主要采用双侧角焊缝形式应用于薄板T型结构件，例如飞机整体壁板加强筋焊接；激光焊也能够实现壁板的穿透熔化，但是由于激光束光斑较小，很容易在壁板与筋板连接面产生结合不良问题；激光-电弧复合焊方法综合了激光焊接和电弧焊接的优势，与单一热源相比，可大幅度提高焊接效率和成型质量，可以应用于T型结构件的双侧角焊缝形式；对于T型结构件穿透焊接，复合热源相比于激光和电弧单独热源可以提高穿透能力，有效的解决壁板和筋板不完全熔合的问题，是一种非常适合T型结构件穿透焊接的方法。

目前的激光-电弧复合焊中，主要是采用激光垂直壁板、电弧与激光成一定角度倾斜于壁板的复合加工方式，在这样的条件下，电弧虽然被激光诱导压缩，但是由于筋板本身具有一定的厚度，激光的穿透效果只能在光斑作用范围内充分作用，由于光斑尺寸很小，因此仍然需要依靠电弧熔化约筋板厚度2～3倍的宽度才能使壁板与筋板之间实现完全熔合，这就要求电弧必须要熔化除了激光束作用的中心区域以外较大的区域。然而，由于电弧电极与激光和壁板之间存在一定角度，电弧力并没有充分发挥作用，因此仍然需要较大的电弧电流和强制成型才能实现壁板和筋板的完全熔合。而电弧电流的增大会导致壁板焊缝熔宽增大，也会产生极大的焊接变形，同时过大的电弧电流不利于激光与电弧耦合效果，即会影响激光-电弧复合热源的穿透能力。特别是随着筋板厚度的增加(2mm以上)，采用现有的单一电弧、激光或激光-电弧复合热源的方法，均难以实现壁板和筋板的完全穿透熔合，难以获得良好的焊接接头成型质量。

发明内容

针对2mm以上筋板T型结构件穿透焊接中存在的壁板和筋板熔合不良的问题，而提供一种T型结构件双激光诱导电弧穿透焊接方法及焊接装置。本发明主要利用在焊接过程中采用垂直于壁板的焊接电弧和两个激光束形成全新的复合热源模式，从而实现整体热源的穿透能力和穿透熔池宽度的调控，满足中厚度壁板和2mm以上厚度筋板的T型结构件穿透焊接需求，大幅度提高T型结构件焊接效率、改善焊接接头成形质量，拓展该方法的应用领域。

本发明采用的技术手段如下：

一种T型结构件双激光诱导电弧穿透焊接方法，包括如下步骤：

S1：调整T型结构件与电弧焊接热源系统的位置关系，

通过夹持装置将T型结构件固定，将电弧热源垂直于T型结构件壁板设置，T型结构件筋板的待熔侧置于电弧热源的正下方，两个激光器分别置于电弧热源两侧并调整激光-电弧间距到预设值；

S2：调整激光束Ⅰ、激光束Ⅱ及电弧热源的焊接参数，使T型结构件壁板与筋板充分熔合，