[发明专利]环形工件的超窄间隙激光圆形摆动填丝焊接方法

说明书

本发明公开了一种环形工件的超窄间隙激光圆形摆动填丝焊接方法，属于激光加工技术领域。在待焊环形工件的焊接位置加工带钝边的坡口，并同轴固定待焊接环形工件；在坡口正上方对称布置激光头、送丝嘴和送气机构；对坡口根部的钝边，采用激光束圆形摆动的方式进行激光自熔焊；对坡口处采用激光束圆形摆动的方式进行多层单道填充焊接；采用激光束圆形摆动的方式进行单道盖面焊接。采用激光圆形摆动能够有效的解决侧壁未熔合以及层间未熔合缺陷问题，焊缝晶粒尺度明显减小，有效提升焊缝的性能，焊缝表面成型较好，焊缝整齐平整，稳定性良好。

技术领域

本发明涉及一种环形工件的焊接方法，具体讲是一种环形工件的超窄间隙激光圆形摆动填丝焊接方法，属于激光加工技术领域。

技术背景

在矿山机械、航空航天、核电、船舶、汽车制造等诸多机械设备的研发制造过程中，存在着需对于大型中厚壁构件轴座类工件进行环形焊接的情形。

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，但上述焊接方式常常会在焊缝区和热影响区产生晶粒粗大的情况。而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、焊接效率高等优点，甚至可以进一步的细化晶粒，进而达到提高接头力学性能的效果，尤其在大厚板焊接中的优势会更加明显。然而，在对于轴座类工件进行焊接时，由于窄间隙激光填丝焊坡口较窄，焊接要求较为苛刻，经过多道焊接之后，会出现大量的气孔以及层间和侧壁未熔合等系列缺陷，严重影响了最终的焊接效果，制约了行业制造水平的提升。

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，提供一种能有效提升焊接质量，以满足环形工件焊接需求的超窄间隙激光圆形摆动填丝焊接方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的环形工件的超窄间隙激光圆形摆动填丝焊接方法，包括以下步骤：

S1，在待焊环形工件的焊接位置加工带钝边的坡口，并同轴固定待焊接环形工件；

S2，在坡口正上方对称布置激光头、送丝嘴和送气机构；

S3，对坡口根部的钝边，采用激光束圆形摆动的方式进行激光自熔焊接；

S4，对坡口处采用激光束圆形摆动的方式进行多层单道填充焊接；

S5，采用激光束圆形摆动的方式进行单道盖面焊接。

作为优选，所述圆形摆动为顺时针圆形摆动。

作为优选，所述激光头与待焊环形工件表面夹角为90°，送丝嘴与激光头夹角为30°～70°，送气嘴与激光头夹角为30°～70°，焊丝干伸长为5mm～15mm，焊丝尖端与待焊接环形工件上的激光光斑相切，保护气流量为15～18L/min，送气机构距离待焊接环形工件表面高度为11～13mm。

作为优选，所述S3中激光束离焦量为+3～+5mm，激光功率为3.6KW，摆动频率为55～60Hz，激光光斑直径为1.0～1.2mm，焊接速度为0.6～0.8m/min。

作为优选，所述S4中，当填充道次为1～4时，激光束离焦量为+14.5～+15mm，激光功率为3.6～3.8KW，摆动频率为55～60Hz，激光光斑直径为1～1.5mm，焊接速度为0.48～0.54m/min，送丝速度为4.4～4.8m/min；

当填充道次≥5时，激光功率为3.8～3.9KW，焊接速度为0.54～0.6m/min，送丝速度为.8～5.0m/min。

作为优选，所述S5中，激光束离焦量为+25mm，激光功率为3.8KW，摆动频率为60Hz，激光光斑直径为1.5～2.0mm，焊接速度为0.6m/min，送丝速度为4.6～4.8m/min。

作为优选，所述坡口为U型坡口，坡口的钝边厚度为5mm，坡口根部宽度为3mm，坡口角度为单边3°、双边6°。