一种改善熔池质量的焊接装置及焊接方法与流程

本发明涉及焊接，具体而言，涉及一种改善熔池质量的焊接装置及焊接方法。

背景技术：

1、随着中厚板的广泛应用，对厚壁构件的焊接质量和焊接效率也提出了更高要求。传统焊接方式中厚焊件需要预置较大尺寸的坡口，需要进行多次填充才能形成完整的接头，或者焊件需要双面焊接，面临翻面和碳刨清根等难题。相较于传统的电弧焊接，激光-电弧复合焊接具有连接效率高和桥接能力好等优势，可实现中厚板单面焊接双面成型。

2、而在激光电弧复合焊时，焊缝在凝固过程中因为熔池表面张力易形成凸起咬边现象，该焊缝凸起形成的不圆滑过渡易造成应力集中，在服役过程中，由于构件受到交变荷载，产生疲劳裂纹倾向严重，最终降低使用寿命。因此需要提高焊缝浸润性，改善熔池铺展，从而减少咬边等缺陷，提高焊缝质量与强度。

3、关于焊接前对构件进行清洁，专利“激光-mig、tig多种热源焊接铝合金的焊接方法及装置(cn113523575a)”提供了一种激光mig、tig多种热源焊接铝合金的焊接方法及装置，方法为：先对铝合金板材预热，再采用激光-mig复合焊对铝合金板材焊接，预热的同时还清理氧化膜，预热和清理氧化膜是通过采用不输入焊丝的直流反接tig焊对铝合金板材进行处理实现的。但是此种方式只能去除铝合金材料的氧化膜，对应用更广泛的钢材无效。且其对焊接熔池浸润性没有改变，熔池铺展性没有得到改善。当进行中厚板激光-电弧复合焊接时，由于焊缝清洁不到位、焊接表面润湿性不足等原因，焊缝仍会存在成形不良、组织粗化和层内性能不均匀等问题，同时，气孔等缺陷、坡口侧壁的熔合问题也是其关键难点问题，难以满足目前不断提高的成形和服役要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供了一种改善熔池质量的焊接装置，其能够提升焊接表面的浸润性。

2、本发明的目的还在于，提供了一种改善熔池质量的焊接方法，其能够提升焊接表面的浸润性。

3、本发明的实施例可以通过以下方式实现：

4、一种改善熔池质量的焊接装置，所述改善熔池质量的焊接装置包括：

5、焊接支撑臂；

6、焊接件，所述焊接件包括激光焊接头以及电弧焊枪，所述激光焊接头和所述电弧焊枪均安装在所述焊接支撑臂上；

7、激光清洗装置，所述激光清洗装置与所述焊接支撑臂连接，且所述电弧焊枪、所述激光焊接头以及所述激光清洗装置沿焊接行进方向依次设置；以及

8、激光电源，所述激光焊接头和所述激光清洗装置均与所述激光电源连接，以在所述激光电源的控制下作业。

9、可选地，所述激光焊接头与所述焊接支撑臂螺接，以使所述激光焊接头能够相对所述焊接支撑臂升降。

10、可选地，所述改善熔池质量的焊接装置还包括第一连接部，所述激光清洗装置安装在所述第一连接部上，所述第一连接部与所述激光焊接头活动连接，以带动所述激光清洗装置相对所述激光焊接头升降。

11、可选地，所述第一连接部上设置有条形槽，所述激光清洗装置滑动安装在所述条形槽中，以通过所述激光清洗装置沿所述条形槽的滑动调节所述激光清洗装置与所述激光焊接头在所述焊接行进方向上的距离。

12、可选地，所述改善熔池质量的焊接装置还包括第二连接部，所述第二连接部与所述激光焊接头连接；所述电弧焊枪滑动安装在所述第二连接部上，以使所述电弧焊枪与所述激光焊接头在所述焊接行进方向上的距离可调。

13、可选地，所述电弧焊枪转动安装在所述第二连接部上，以调节所述电弧焊枪的焊接角度。

14、一种改善熔池质量的焊接方法，所述改善熔池质量的焊接方法采用上述的改善熔池质量的焊接装置实现；所述改善熔池质量的焊接方法包括：

15、获取所述激光清洗装置的清洗参数；

16、根据所述激光清洗装置的清洗参数设定所述激光焊接头的焊接范围；

17、控制所述激光清洗装置、所述激光焊接头以及所述电弧焊枪同步运行；其中，所述激光清洗装置在所述激光焊接头焊接前对待焊接的坡口进行激光清洗，且所述激光清洗装置与所述激光焊接头的焦点同步变化。

18、可选地，所述激光清洗装置进行激光清洗的参数包括：

19、激光功率为100w～500w；激光扫描速度500mm/s～5000mm/s；激光频率为1hz～1000hz。

20、可选地，在控制所述激光清洗装置、所述激光焊接头以及所述电弧焊枪同步运行的步骤之前，所述改善熔池质量的焊接方法还包括：调节所述激光清洗装置与所述激光焊接头在所述焊接行进方向上的距离；

21、其中，若待焊接的工件不需要预热，则控制所述激光清洗装置与所述激光焊接头在所述焊接行进方向上的距离处于第一预设距离；若所述待焊接的工件需要预热，则控制所述激光清洗装置与所述激光焊接头在所述焊接行进方向上的距离处于第二预设距离；所述第一预设距离大于所述第二预设距离。

22、可选地，获取所述激光清洗装置的清洗参数的步骤包括：

23、获取坡口的截面的底部顶点位置a以及坡口的截面在焊接表面的开口端点位置b和c；

24、所述激光清洗装置的清洗参数包括：激光清洗扫描范围b-c和焦点移动范围b-a-c；

25、所述激光焊接头的焊接范围为b-a-c。

26、本发明的实施例提供的改善熔池质量的焊接装置及焊接方法的有益效果包括：

27、本发明的实施例提供了一种改善熔池质量的焊接装置，其包括焊接支撑臂、焊接件、激光清洗装置及焊接电源，焊接件包括激光焊接头以及电弧焊枪，电弧焊枪、激光焊接头以及激光清洗装置沿焊接行进方向依次设置在焊接支撑臂上，一方面电弧焊枪、激光焊接头以及激光清洗装置集成在一起有助于使得设备整体结构紧凑、占用空间小，另一方面，电弧焊枪、激光焊接头以及激光清洗装置可以在焊接支撑臂的带动下同步相对待焊接的坡口运动，按照激光清洗、激光焊接以及电弧焊的顺序依次对坡口进行处理，从而实现焊接，该设置能有效地改善待焊表面润湿性，使其成为超亲水表面，有利于熔池铺展，减少焊缝咬边和焊缝凸起形成的不圆滑过渡等缺陷，减少应力集中，提高构件服役性能和使用寿命，同时激光清洗会使得清洗后的表面形成微米级结构，从而可以增加表面积，改善熔池附着力。激光焊接头和激光清洗装置均与激光电源连接，从而通过同一激光电源的控制进行作业，不仅可以极大地降低成本和场地占用，而且还可以实现激光清洗与激光焊接的同步控制，减小控制误差带来的加工效果不理想的问题。

28、本发明的实施例还提供了一种改善熔池质量的焊接方法，该改善熔池质量的焊接方法基于上述的改善熔池质量的焊接装置实现，因此也具有可以改善熔池附着力、改善待焊表面润湿性，减少因熔池浸润性不足形成的凸起咬边现象，提高厚壁构建焊接质量、减少应力集中的有益效果。

技术特征：

1.一种改善熔池质量的焊接装置，其特征在于，所述改善熔池质量的焊接装置包括：

2.根据权利要求1所述的改善熔池质量的焊接装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的改善熔池质量的焊接装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的改善熔池质量的焊接装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的改善熔池质量的焊接装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的改善熔池质量的焊接装置，其特征在于，

7.一种改善熔池质量的焊接方法，其特征在于，所述改善熔池质量的焊接方法采用如权利要求1-6任一项所述的改善熔池质量的焊接装置实现；所述改善熔池质量的焊接方法包括：

8.根据权利要求7所述的改善熔池质量的焊接方法，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的改善熔池质量的焊接方法，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的改善熔池质量的焊接方法，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种改善熔池质量的焊接装置及焊接方法，涉及焊接技术领域。该改善熔池质量的焊接装置包括焊接支撑臂、焊接件、激光清洗装置及焊接电源，焊接件包括激光焊接头以及电弧焊枪，电弧焊枪、激光焊接头以及激光清洗装置沿焊接行进方向依次设置在焊接支撑臂上电弧焊枪、激光焊接头以及激光清洗装置可以在焊接支撑臂的带动下同步相对待焊接的坡口运动，按照激光清洗、激光焊接以及电弧焊的顺序依次对坡口进行处理，该设置能有效地改善待焊表面润湿性，有利于熔池铺展。激光焊接头和激光清洗装置均与激光电源连接，从而通过同一激光电源的控制进行作业，实现激光清洗与激光焊接的同步控制，减小控制误差带来的加工效果不理想的问题。技术研发人员：卢玉春,赵斗艳,包孔,张林,李韵琛受保护的技术使用者：上海振华重工(集团)股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13