[发明专利]三热源复合焊接的方法及装置

说明书

本发明涉及三热源复合焊接的方法及装置，在方法中，依次进行等离子电弧焊接、激光焊接和气体保护焊接；通过等离子电弧焊接熔化坡口两侧的部分焊件母材，在坡口底部形成一个微小熔池，填补坡口间隙或钝边之间的间隙，避免随后的激光束透过间隙漏出；通过激光焊接熔化坡口或熔化钝边，形成封闭的坡口底部；通过气体保护焊接熔化所述坡口两侧的焊件母材，使其填充满坡口和钝边，完成焊接；等离子电弧焊接、激光焊接和气体保护焊接对应的设备为等离子焊炬、激光焊接头和气体保护焊焊枪。本发明利用不同热源各自的特点来增强或弥补其他热源的焊接效果，实现了打底焊、填充、行走一次性完成整体焊缝的焊接，大幅度提高生产效率，简化了操作难度。

技术领域

本发明涉及焊接的方法和装置，具体讲是一种三热源复合焊接的方法及装置。

背景技术

目前对金属进行复合焊接技术包括有：激光-电弧(GMA)双热源复合焊，等离子-电弧(GMA)双热源复合焊，激光-TIG(非熔化极惰性气体保护电弧)双热源复合焊等。其中上述的“电弧”指的是“气体保护焊接”即GMA焊接。以激光-GMA为例，激光-GMA(气体保护焊接)包括激光-MIG(熔化极惰性气体保护焊)和激光-MAG(熔化极活性气体保护焊)两种，这两种焊接方法原理相同，只是保护气体不同。

针对金属焊件，对于激光-电弧双热源复合焊，激光的作用是对电弧在坡口处产生的熔化金属所形成的熔池继续加热，因此激光的能量是通过复合热源形成的熔池把能量传递给被焊接的材料，因此，这种方式没有利用激光的深熔穿透能力，即减弱了激光-电弧复合焊单道焊的能力。从国家标准：“激光-电弧复合焊接推荐工艺方法”GB/T 37893-2019中第12页的内容可以看到，对于举例10毫米板厚高强钢焊接，需要进行打底、填充、盖面三道焊接工序。就是说，激光-电弧双热源复合焊是以电弧焊为主，激光焊为辅，采用多层多道焊的焊接方式。

对于等离子-电弧(MIG)双热源复合焊，可以利用等离子焊炬发出的等离子电弧快速加热被焊接坡口，同时使用MIG进行大熔覆量的填充，可以获得高于常规MIG焊的焊接效率，达到单道焊接一定厚度板材的能力，比较典型的是单道焊接12毫米钢板，以及较低的焊接输入能量，可以获得更好的焊接质量。但是这种工艺无法精确控制输出能量做到焊缝背部刚刚焊透而又能保证焊缝正面成形，因此需要预先做一次打底焊或在焊缝背面布置衬垫来辅助完成焊接。对于很多封闭结构的焊接，由于无法进入内部布置焊缝衬垫，或焊后衬垫无法取出，需要增加打底焊工序，降低了生产效率，使得这种复合焊工艺的使用受到限制。

例如，在实际工作中使用等离子-MIG复合焊接时，等离子与MIG电弧作用在同一熔池内，可以实现金属板厚8～12毫米焊接，焊接时的熔深能力是由等离子电弧和MIG电弧共同作用形成的，在复合电弧焊透板厚后，熔化金属在两种电弧推力和自身重力的作用下继续漏出，无法精确控制焊缝背部成形，因此需要在焊缝背面根据需要加装辅助衬垫，用来托住背面流出的熔化金属使其冷却强制成形。对于许多焊接后形成密闭空间的构件，例如封闭的金属梁、压力容器、舱室等，以及小于人体体积的零件内部等结构，无法在构件内部焊前布置和焊后取出焊接用的工艺衬垫，使得这种高效的复合焊接方法在许多场景受限，无法使用。目前解决此种情况的通常做法是，先由人工或其他自动焊的方式先进行一次打底焊，把焊缝坡口根部的钝边金属熔化，形成封闭的焊缝底部，然后再采用上述复合焊接方法焊接，很明显这样操作降低了生产效率。

发明内容

本发明提供了一种三热源复合焊接的方法及装置，通过三种焊接热源的特点复合作用在坡口中的同一熔池内，相互增强或弥补其他热源的焊接效果，并且减少焊接工序，提高焊接效率。

本发明三热源复合焊接的方法，对相邻的两个焊件进行焊接时，沿焊接移动方向，对同一焊点依次进行等离子电弧焊接、激光焊接和气体保护焊接；其中，

所述等离子电弧焊接通过等离子电弧加热两个焊件之间坡口两侧的焊件母材，并熔化部分焊件母材后，在坡口底部形成一个微小熔池，所述微小熔池的作用是填补坡口间隙或钝边之间的间隙，避免随后的激光束透过间隙漏出；