[发明专利]一种窄间隙激光填丝焊接设备及其方法

说明书

本发明公开了一种窄间隙激光填丝焊接设备，包括激光头、固定在激光头上的保护气管、送丝机构、清渣刷及气刀管。本发明在常规的窄间隙激光填丝焊接过程中，通过清渣刷与气刀管作用于焊道，其中清渣刷直接作用于焊道及侧壁，促使附着在焊道及侧壁的焊渣剥落；此外，由于剥落的焊渣并不能脱离焊道，采用高压的气流或混合溶液将焊渣吹离焊道，借助气动压力系统，按激光焊接板材的规律和特点，将高压气体或混合溶液，通过固定在激光器的可控管道系统输送液体、气体到达焊道处，可以避免多层焊接时层间未熔合的问题，解决了窄间隙激光填丝焊后难以清渣，再次焊接时易产生层间未熔合、气孔、侧壁未熔合等缺陷，从而改善层间、侧壁的焊接质量。

技术领域

本发明涉及一种焊接设备及其方法，尤其是一种窄间隙激光填丝焊接设备及其方法。

背景技术

在金属材料的焊接领域，特别是矿山机械、航空航天、核电、船舶、汽车制造等设备制造，存在大型中厚壁构件的焊接。

目前，对于中厚板材的焊接主要有手工焊、埋弧焊和气体保护焊等方式，但常常会在焊缝区和热影响区产生晶粒粗大的情况。窄间隙激光填丝焊接技术和传统弧焊相比较，具有热影响区小，焊接变形较小，焊接效率高，甚至可以进一步的细化晶粒，达到提高接头力学性能的作用等特点，尤其在大厚板焊接中的优势更加明显。然而，对于中厚板材进行焊接时，由于窄间隙激光填丝焊坡口较窄，焊接要求较为苛刻，焊接后附着在焊道及侧壁的焊渣严重影响再次焊接时的焊接质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种窄间隙激光填丝焊接设备及其方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供窄间隙激光填丝焊接设备，包括激光头、固定在激光头上的保护气管、送丝机构、清渣刷及气刀管。

作为改进，保护气管设有角度调节器；保护气管输送Ar、CO₂和He的一种气体或多种混合气；在焊接过程中，电压和送丝速度等一定的条件下，当保护气体成分发生变化时，即随着氦含量的增加，侧壁融合深度增加，焊接后的工件形貌光滑，焊接质量很好。25%He+75%CO₂ （所占体积比例）熔深和熔宽深度最大，焊接效果最好。

作为改进，清渣刷采用硬质合金，通过电机驱动旋转进行清渣；清渣刷与气刀管方向与焊接方向相反，有效的避免吹离的焊渣破坏焊接熔池。

作为改进，送丝机构设有调节器；送丝机构与焊接方向的夹角呈锐角，采用前置送丝方式进行窄间隙激光填丝焊接。在窄间隙激光填丝焊的过程中。激光方向、填丝方向和保护气体通入的方向组成了不同的搭配。前置送丝和后置送丝为激光填丝焊接的两种基本的送丝方式，前送丝是将焊丝熔池的前方并与焊接方向呈锐角送入熔池；后送丝是将焊丝从熔池的后方并与焊接方向呈钝角送入熔池；侧向送丝是将焊丝从熔池的两侧或焊接方向的两侧送入熔池。送丝方法左右了焊丝的加热原理，对焊丝的熔化和填充过程有决定性的作用。后置送丝焊接时，能量不能实现焊丝的熔化的快速和充分，所以焊丝与基体反应不充分，导致焊接过程不稳定，焊缝成形不理想；而前置送丝焊接时，焊丝在远离激光束时主要依靠金属蒸气和光致等离子体的能量以及熔池的能量作用发生熔化，当靠近激光束时焊丝受到部分激光的直接照射而被进一步加热熔化，熔化充分，焊丝的熔入过程连续稳定，且焊丝先熔入到前方熔池中并随熔液流向后方，焊丝能均匀熔入到焊缝中。

作为改进，激光头发出的激光束和送丝机构的焊丝呈 α角，其角度值在20～80°之间。由于坡口尺寸较小，焊丝需要伸进坡口底端才能进行焊接，且这对于深槽来说，由于送丝嘴的直径大于坡口上表面宽度，只能将焊丝伸进深槽中，需要将焊丝伸长约40mm，这对焊丝的矫正有极高的要求，如果焊丝在焊接过程中出现摆动，将会导致激光束照射不到焊丝上，出现未熔合缺陷，将直接影响到焊接效果。在焊接前，送丝机构在送丝焊缝方向上通过调节器进行任意调节，且α角是在一定范围内进行调节，可选取最优角度进行送丝，保证焊接质量。