窄间隙激光焊接方法与流程

本发明涉及激光焊接，尤其涉及一种窄间隙激光焊接方法。

背景技术：

1、随着全球经济的快速发展，在船舶制造、海洋工程、核电设备、石油化工、重型机械以及航空航天等工业领域对高性能的大型厚壁构件的需求越来越大，相应的对大型厚壁构件的焊接技术要求也越来越高。其中，在核电设备领域中，以核电站主管道的安装、焊接质量水平最为重要。

2、现有技术中，主管道的焊接一般通过自动或手工tig焊进行大坡口焊接，大坡口焊接时填充金属量大且焊接变形大，为了克服上述问题，现阶段窄间隙tig冷丝自动焊在核电主管道上已得到应用，并部分取代传统的手工焊，取得了显著的社会效益和经济效益。tig焊又称为非熔化极惰性气体保护电弧焊，为在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。

3、但是tig窄间隙自动焊在工艺开发及现场应用过程中，依然存在以下问题：钨极在坡口根部活动范围较小，易发生粘钨、侧壁起弧等问题，影响焊缝质量和焊接效率，进而影响施工进度。

4、因此，本技术针对上述问题提供一种新的窄间隙激光焊接方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种窄间隙激光焊接方法，以缓解现有技术中存在的主管道的窄间隙焊接的焊接质量较差及焊接效率较低的技术问题。

2、基于上述目的，本发明提供一种窄间隙激光焊接方法，该窄间隙激光焊接方法包括：

3、清理组对步骤，对两根待焊管道的焊接坡口进行清理，并将两根管道组对；

4、打底焊接步骤，采用0mm～5mm的离焦激光束，使激光束进入待焊管道的焊接坡口间隙内进行整圈打底焊接，且焊接时在焊接坡口的背面及正面均充入保护气体；

5、填充焊接步骤，采用0mm～20mm的离焦激光束进行整圈填丝焊接，进行3层～5层填充；

6、盖面焊接步骤，采用0mm～20mm的离焦激光束进行整圈盖面焊接。

7、进一步地，所述焊接坡口的间隙范围为3mm-10mm。

8、进一步地，所述打底焊接步骤中，焊接坡口的背面充入保护气体的气流量不小于10l/min，正面充入保护气体的气流量不小于130l/min，激光束的功率为5kw-8kw，焊接速度为0.8m/min-1.2m/min，且在焊接结尾处激光束的功率在6s-12s内匀速降低至0kw。

9、进一步地，所述填充焊接步骤中，激光束的功率为5kw-10kw，焊接速度为0.3m/min-0.6m/min，送丝速度为4m/min-10m/min；

10、在第一层填丝焊接时，在焊接坡口的背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量不小于10l/min；之后的填丝焊接中，只在焊接坡口的正面充入保护气体，且正面充入保护气体的气流量不小于130l/min。

11、进一步地，所述填充焊接步骤中，多层填丝焊接的各焊接起点位置不同。

12、进一步地，下一层填丝焊接的起点与上一层填丝焊接的起点位置相隔至少15mm。

13、进一步地，所述盖面焊接步骤中，激光束的功率为5kw-7kw，焊接速度为0.3m/min-0.5m/min，送丝速度为5m/min-7m/min，且焊接结束处收丝，并增加离焦量至60mm-90mm。

14、进一步地，两根待焊管道的焊接坡口的角度为6°，两根管道组对间隙为0.12mm，管道错边量为0.3mm；

15、采用0mm的离焦激光束进行整圈打底焊接，焊接时在焊接坡口背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量为10l/min，正面充入保护气体的气流量为130l/min，保护气体为氩气，激光束的功率为5kw，焊接速度为0.8m/min，在焊接结尾处激光束的功率在6s内匀速降低至0kw；采用10mm的离焦激光束进行第一圈填丝焊接，激光束的功率为5kw，焊接速度为0.3m/min，送丝速度为4m/min，在焊接坡口背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量为10l/min，正面充入保护气体的气流量为130l/min；采用0mm的离焦激光束进行第二圈填丝焊接，激光束的功率为5kw，焊接速度为0.45m/min，送丝速度为7m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为160l/min；采用0mm的离焦激光束进行第三圈填丝焊接，激光束的功率为7kw，焊接速度为0.45m/min，送丝速度为7m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为160l/min；采用15mm的离焦激光束进行第四圈填丝焊接，激光束的功率为5kw，焊接速度为0.5m/min，送丝速度为4m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为120l/min；

16、每进行下一层填丝焊接时的起点处与上一层填丝焊接时的起点处位置至少相隔15mm；

17、采用0mm的离焦激光束进行整圈盖面焊接，激光束的功率为5kw，焊接速度为0.3m/min，送丝速度为5m/min，焊接结束处收丝，并增加离焦量至60mm。

18、进一步地，两根待焊管道的焊接坡口的角度为5°，两根管道组对间隙为0.16mm，管道错边量为0.2mm；

19、采用3mm的离焦激光束进行整圈打底焊接，焊接时在焊接坡口背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量为15l/min，正面充入保护气体的气流量为200l/min，保护气体为氩气，激光束的功率为6kw，焊接速度为1m/min，在焊接结尾处激光束的功率在10s内匀速降低至0kw；采用10mm的离焦激光束进行第一圈填丝焊接，激光束的功率为7kw，焊接速度为0.4m/min，送丝速度为5m/min，在焊接坡口背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量为15l/min，正面充入保护气体的气流量为200l/min；采用0mm的离焦激光束进行第二圈填丝焊接，激光束的功率为7.5kw，焊接速度为0.45m/min，送丝速度为8m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为200l/min；采用0mm的离焦激光束进行第三圈填丝焊接，激光束的功率为8kw，焊接速度为0.5m/min，送丝速度为8m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为150l/min；采用10mm的离焦激光束进行第四圈填丝焊接，激光束的功率为6kw，焊接速度为0.4m/min，送丝速度为5m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为130l/min；

20、每进行下一层填丝焊接时的起点处与上一层填丝焊接时的起点处位置至少相隔15mm；

21、采用10mm的离焦激光束进行整圈盖面焊接，激光束的功率为6kw，焊接速度为0.45m/min，送丝速度为6m/min，焊接结束处收丝，并增加离焦量至70mm。

22、进一步地，两根待焊管道的焊接坡口的角度为6°，两根管道组对间隙为0.2mm，管道错边量为0.8mm；

23、采用5mm的离焦激光束进行整圈打底焊接，焊接时在焊接坡口背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量为20l/min，正面充入保护气体的气流量为180l/min，保护气体为氩气，激光束的功率为8kw，焊接速度为1.2m/min，在焊接结尾处激光束的功率在12s内匀速降低至0kw；采用20mm的离焦激光束进行第一圈填丝焊接，激光束的功率为8kw，焊接速度为0.6m/min，送丝速度为8m/min，在焊接坡口背面及正面均充入保护气体，背面充入保护气体的气流量为20l/min，正面充入保护气体的气流量为180l/min；采用0mm的离焦激光束进行第二圈填丝焊接，激光束的功率为8.5kw，焊接速度为0.6m/min，送丝速度为10m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为150l/min；采用0mm的离焦激光束进行第三圈填丝焊接，激光束的功率为10kw，焊接速度为0.6m/min，送丝速度为10m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为220l/min；采用10mm的离焦激光束进行第四圈填丝焊接，激光束的功率为6kw，焊接速度为0.55m/min，送丝速度为6m/min，正面充入保护气体且气体的气流量为180l/min；

24、每进行下一层填丝焊接时的起点处与上一层填丝焊接时的起点处位置至少相隔15mm；

25、采用20mm的离焦激光束进行整圈盖面焊接，激光束的功率为7kw，焊接速度为0.5m/min，送丝速度为7m/min，焊接结束处收丝，并增加离焦量至90mm。

26、采用上述技术方案，本发明的窄间隙激光焊接方法至少具有如下有益效果：

27、本实施例的窄间隙激光焊接方法，在打底焊接步骤、填充焊接步骤及盖面焊接步骤中，均采用激光焊的方法代替现有技术中tig焊的使用。

28、需要说明的是，激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，激光焊中，激光束具有一定的焦距，可直接进入较窄的焊接坡口间隙中完成焊接，因此对焊接坡口间隙可以要求更窄，能够实现主管道等大型厚壁构件的窄间隙甚至超窄间隙焊接，例如，使用本实施例的窄间隙激光焊接方法，可实现对间隙为3mm-10mm的坡口进行焊接。

29、另外，激光焊具有能量密度高、热输入小、热影响区小、焊接速度快、热变形和残余应力小及焊接质量高等优势，且在激光焊中，焊缝金属的冷却速度较快，进一步可以减小焊接变形。

30、这样的设置，本实施例的窄间隙激光焊接方法，使用激光焊的焊接手段，因此不使用钨极，不具有钨极在坡口活动范围小的问题，且利用高能量密度的激光作为主要热源，减少焊接热影响区宽度和焊接变形，并通过填丝焊接，并不以电弧形式进行焊接，避免了粘钨、侧壁起弧的问题，提高了焊接质量及焊接效率；另外，在打底焊接步骤、填充焊接步骤及盖面焊接步骤中，均采用整圈焊接的方法，使焊接后内壁光滑，避免激光作用于焊丝后引起焊丝熔化后流动造成内壁粗糙。