[发明专利]一种中厚板海洋平台用钢激光-电弧复合焊接工艺

说明书

本发明公开了一种中厚板海洋平台用钢激光‑电弧复合焊接工艺，属于激光‑电弧复合焊接领域。该工艺针对中厚板海洋平台用钢碳当量高，焊接性差，传统工艺焊接效率低，成本高，焊接时未熔透现象明显等问题，采用激光‑电弧复合焊接热源，同时配合三层三道的焊接方法，实现了20mm厚EH36钢板的对接焊接，焊缝连续性与均匀性良好，焊缝表面成形较好，无明显焊接缺陷。该工艺能够在显著提升焊接效率的同时，改善焊缝成形质量。本发明对于促进激光‑电弧复合焊接工艺在中厚板对接焊领域的应用与发展具有重要意义。

技术领域

本发明提出的一种中厚板海洋平台用钢激光-电弧复合焊接工艺，属于激光-电弧复合焊接领域，适用于中厚板海洋平台用钢对接接头的多层多道焊接过程。

背景技术

传统中厚板钢材的焊接方式难以满足高速发展的工业对焊接质量和效率的需求。同时，由于中厚板钢材在成分设计与制备时，会加入较多合金元素以保证其具有良好力学及工艺性能，但会导致钢材碳当量升高，焊接性下降，在焊接时易形成马氏体及碳化物，有较大的淬硬倾向和拘束度。因此在实际焊接生产过程中，对于焊接质量有一定的影响。

针对上述问题，目前多采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)或电子束焊，但是需要进行焊前预热以及焊后热处理，以避免焊接冷裂纹等焊接缺陷的产生。但MIG焊的焊接效率低，焊后变形大；真空电子束焊对工作环境要求高，生产及设备成本高，都极大的限制了在中厚板钢材中的应用。

上世纪70年代后期，英国学者W.M.Steen提出了激光-电弧复合焊接的概念，具有焊接效率高、焊后变形小、焊缝熔深大等优点。目前，采用激光-电弧复合焊接中厚板钢材时，若仅进行一次焊接，需要很大的激光功率，此时，激光照射钢材表面产生的等离子气体会增大对激光的反射率，降低能量利用率，同时会阻碍电弧焊熔滴过渡，导致熔滴过渡困难等问题。

发明内容

鉴于背景技术的局限性，本发明提出一种中厚板海洋平台用钢激光-电弧复合焊接工艺，能够在兼顾焊接效率的同时，保证充分焊透，并获得性能良好的焊接接头。

本发明的技术方案为：

一种中厚板海洋平台用钢激光-电弧复合焊接工艺，采用厚度为20mm EH36钢板作为焊接母材；采用Y型对接接头形式，第一层打底焊单独采用激光作为焊接热源，与板材夹角为90°，离焦量±3mm，激光功率为4kW，焊接速度为0.01m/s，保护气采用氩气，保护气表面流量为35L/min，背面流量为20L/min；第二层及第三层填充焊采用激光-电弧复合焊接，激光与板材夹角为90°，电弧与板材夹角为60°，电弧与激光电弧间距5-6mm，激光离焦量±3mm，激光功率为2kW，电弧焊方法为MIG焊，第二层填充焊电弧电流为310A，电弧电压为28V，第三层填充焊电弧电流为250-310A，电弧电压为25-28V，焊接速度为0.007m/s，保护气采用氩气，保护气表面流量为35L/min，背面流量为20L/min。

进一步地，将待焊工件待焊部位加工成Y型坡口，坡口角度为30°，钝边为6mm，不留间隙。并对加工后的坡口及两侧表面进行清洗打磨后，安装固定在焊接工装夹具上。

进一步地，所用激光设备为TruDisk 6002式激光器，所用MIG焊设备为FroniusTPS5000式焊机，将激光头与MIG焊枪进行刚性固定。

进一步地，采用机器人集成控制系统控制激光器发出激光，控制机器人完成激光打底焊接过程。

进一步地，采用机器人集成控制系统设置焊接工艺参数，首先MIG电弧起弧，在电弧稳定2-3s后，由激光器发出激光，控制机器人使激光头和MIG焊枪共同运动完成复合焊接填充过程。

进一步地，焊接完成后，对焊缝宏观成形及横截面金相试样进行拍摄。