一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112496544A(43)申请公布日2021.03.16(21)申请号202011058772.2(22)申请日2020.09.30(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号申请人张家港华裕有色金属材料有限公司(72)发明人孔谅王敏李芳华学明张跃龙李华马小强(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人刘燕武(51)Int.Cl.B23K26/348(2014.01)B23K26/70(2014.01)权利要求书2页说明书11页附图14页(54)发明名称一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法和装置(57)摘要本发明涉及一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法和装置，以激光为主要热源，以TIG电弧为辅助热源，沿着由平展的薄壁带状的钛板或钛带卷曲成形的圆形薄壁钛管的轴线方向，对圆形薄壁钛管的对接部位实施无填充的全熔透直线对接焊缝的焊接。与现有技术相比，本发明采用预热TIG在前、形成熔池的激光在后的热源布置方法，较小的TIG电弧电流预热被焊的钛管，提高激光吸收率；较大功率的激光束作用在已预热的钛管并形成的熔池，提高熔透能力；配合较大的激光正离焦量以及优化的焊接参数，降低被焊钛管表面的激光能量密度，消除焊接过程中在被焊钛管内侧的飞溅，并满足在制管过程中产生的对接间隙扰动。CN112496544ACN112496544A权利要求书1/2页1.一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，以焊接激光头发射的激光束为主要热源，以TIG焊枪产生的TIG电弧为辅助热源，沿着由平展的薄壁带状的钛板或钛带卷曲成形的圆形薄壁钛管的轴线方向，对圆形薄壁钛管的对接部位实施无填充的直线焊接。2.根据权利要求1所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，焊接激光头与TIG焊枪位于被焊的圆形薄壁钛管的对接部位的上方，且激光束的光斑中心与TIG电弧中心置于被焊的圆形薄壁钛管的同一焊接直线上的对接焊缝的中心。3.根据权利要求2所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，沿焊接移动方向，设置TIG焊枪在前，焊接激光头在后。4.根据权利要求1所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，作为主要热源的激光束可使得被焊圆形薄壁钛管熔化并形成熔池，所述TIG焊枪所产生的TIG电弧则不会熔化被焊的圆形薄壁钛管。5.根据权利要求1所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，被焊的圆形薄壁钛管的壁厚t为0.4‑1.0mm，对应的激光器的输出功率P为600～2200W，主要热源与辅助热源的间距D为6±2mm，激光器所产生的激光束的入射角α＝5±2°，TIG焊枪的角度β＝45±5°，TIG焊枪的钨极尖端中心到被焊的圆形薄壁钛管表面的距离d＝3±1.5mm。6.根据权利要求1或5所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，焊接过程中，各焊接参数满足下式：P＝285.5v‑2.75I+1318t‑C，其中，P为激光器的平均输出功率，W；I为TIG焊枪所产生的焊接电流，A；v为焊接速度，m/min；t为圆形薄壁钛管的壁厚，mm；C为常数，取值范围为550±330；激光束的焦平面距离被焊的圆形薄壁钛管上表面的距离为Df，此时，采用激光束的正离焦，离焦量Df＝35±10mm。7.根据权利要求1所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，焊接过程中，采用多路保护气进行气体保护，其中，第一路保护气通入圆形薄壁钛管的内部，并送至到圆形薄壁钛管的焊接位置的下部，第二路保护气为圆形薄壁钛管的外部提供保护气体，第三路保护气沿TIG焊枪送出。8.根据权利要求7所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接方法，其特征在于，在圆形薄壁钛管的焊接位置的上方还设有两路侧吹气路，其中一路侧吹气路与焊接方向平行，并与水平方向的角度呈15‑30°，另一路侧吹气路与焊接方向垂直，并与水平方向的角度呈20‑45°，两路侧吹气路的中心轴线分别与激光束相交于同一点。9.一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接装置，其用于实施如权利要求1‑8任一所述的高效焊接方法，其特征在于，该高效焊接装置包括焊接保护仓、置于焊接保护仓内的若干组成形轧辊，以及伸入到焊接保护仓内的焊接激光头和TIG焊枪，其中，所述的成形轧辊用于使得薄壁带状的钛板或钛带卷曲成形得到圆形薄壁钛管，所述的焊接激光头和TIG焊枪还分别连接用于调整其位置和朝向的焊接激光头调整机构和焊枪调整机构。10.根据权利要求9所述的一种电弧辅助激光的薄壁焊接钛管高效焊接装置，其特征在于，在焊接激光头上还设有与其所产生的激光束同轴的摄像头；在焊接