[发明专利]一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法和装置

说明书

本发明涉及一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法和装置，以激光为主要热源，以TIG电弧为辅助热源，沿着由平展的薄壁带状的钛板或钛带卷曲成形的圆形薄壁钛管的轴线方向，对圆形薄壁钛管的对接部位实施无填充的全熔透直线对接焊缝的焊接。与现有技术相比，本发明采用预热TIG在前、形成熔池的激光在后的热源布置方法，较小的TIG电弧电流预热被焊的钛管，提高激光吸收率；较大功率的激光束作用在已预热的钛管并形成的熔池，提高熔透能力；配合较大的激光正离焦量以及优化的焊接参数，降低被焊钛管表面的激光能量密度，消除焊接过程中在被焊钛管内侧的飞溅，并满足在制管过程中产生的对接间隙扰动。

技术领域

本发明属于金属焊接技术领域，涉及一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法和装置。

背景技术

薄壁焊接钛管由带状钛板(带)经过矫平、卷曲成形，然后焊接而形成的全熔透 的管状焊接构件。薄壁焊接钛管集合了钛及钛合金的高强韧性、低密度及优异耐蚀 性能等材料属性,及其生产工序少、周期短、成材率高、制造成本低等制造特点， 成为化工、发电、海水淡化等领域大型装备在超长、超薄管材应用上的理想材料。

激光-电弧复合焊焊接技术将激光和电弧这两种热源相结合进行焊接，该技术 自1970年代出现后，在薄壁/薄板的焊接构件中获得了广泛的应用。专利号 CN102791420A公开的激光电弧复合焊接方法及借助该焊接方法的焊接构件的制 造方法中提出对不锈钢、钛或钛合金的平板或制成管状的两个端部，先进行激光焊、 后进行TIG电弧焊接的焊接方法，可以抑制平板或制成管状的两个端部在对焊时 气孔等焊接缺陷。中国专利CN109604831A公开的用于改善钛及钛合金薄板激光 焊咬边的激光TIG复合焊焊接工艺提出采用沿焊接方向，位于前面的焊枪为超高 频脉冲TIG焊枪，位于后面的焊枪为焊接激光头的方法，利用TIG高频脉冲压缩 电弧的电磁搅拌抑制钛及钛合金薄板在高速焊接时的咬边问题。中国专利 CN109773310A公开的激光诱导变极性方波钨极氩弧焊接小孔径薄壁管的方法中 提出采用激光束发射枪在前，变极性方波钨极氩弧焊枪在后的小孔径薄壁管成形后 的对接焊接的方法，激光束诱导电弧精确对准待焊部位，变极性方波钨极氩弧焊电弧对待焊接工件的焊接部位进行阴极清理，并使焊接工件的焊接部位达到高温熔融 状态，从而完成小孔径薄壁管的焊接。

目前已有的薄壁/薄板的激光-电弧复合焊的焊接技术文献中，大多采用以TIG 电弧为主要热源，其功率大于激光功率，在焊接过程中通过与较小的激光功率相匹 配，通过激光对TIG电弧焊接的增强效果，实现薄壁/薄板的焊接，这些方法本质 上属于“激光辅助电弧焊接”的方法，仍没能充分发挥激光焊接的在高效率、高速 度焊接方面技术优势。

薄壁焊接钛管作为一类特殊用途的全熔透的管状焊接构件，焊缝特征除常规的焊缝宽度和焊缝形状外，还包括正面余高、背面余高等特征。薄壁焊接管的外表面 焊缝余高过高、咬边等现象严重影响管件的装配质量和使用寿命，而管内侧余高过 高和焊接飞溅，导致管内流体的湍动能增加，形成介质流动冲刷应力集中点，耐蚀 性下降。已有薄壁焊接钛管的技术文献中，未见在高速焊接过程中对焊缝内部飞溅 等焊接缺陷的有效抑制技术，也未见对制管过程中的对接间隙扰动和焊缝成形稳定 性的有效适应方法。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法 和装置，以实现对薄壁焊接钛管的高效、高质量焊接。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明提出了一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，以焊 接激光头发射的激光束为焊接的主要热源，以TIG焊枪产生的TIG电弧为辅助热 源，沿着由平展的薄壁带状的钛板或钛带卷曲成形的圆形薄壁钛管的轴线方向，对 圆形薄壁钛管的对接部位实施无填充的直线焊接。