CN108747019A - 一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法：沿等厚的被焊接两块基板的待焊接边的厚度方向先保留一段无需加工的单次激光能焊接的深度，其余的加工成不同宽度的L形；将两块要被焊接的基板上未加工的且厚度为a的焊缝进行焊接；在由两块基板拼接成的第一个槽形内整齐装满填槽块；对第一个槽形内的基板与填槽块进行焊接；按照步骤3）及4），逐步将所加工的由L₁‑n与L_2‑n所形成的n个槽焊接，以及最后由L_1‑末及L_2‑末形成的最末一个槽。本发明能焊接厚于所拥有激光焊机单次激光焊接的钢板，无需购置匹配的激光焊机，且焊口易加工成型，焊接变形小，焊缝质量稳定。充分发挥了激光焊机的特点。

Description

一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种钢板的焊接方法，确切地属于激光焊接方法，其特别适用于焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法。

背景技术

由于激光焊接具有一次熔深大、深宽比大、焊接速度快、热输入量低、变形小等特点，得到了工业界越来越多的关注，已被应用于中型和重型工业的生产制造中，如船舶、核电、钢铁、能源、油气管道等。

然而，在现有技术中，由于受激光焊接机功率的制约，每个为一定功率的激光焊机的焊接深度是有限的，也就是说其只能焊接与焊机所限定的深度相匹配厚度的钢板。对于钢板厚度大于所限定的焊接深度的，则只能放弃或购置相匹配的激光焊机，或者为了达到焊接更厚的材料，往往会采取与电弧的复合焊等方法，即先采用激光焊接第一道道次，后续的焊接则采用电弧焊接，这种方式的焊接对提高焊接效率、降低热输入都非常有限。如采用配置高功率的激光焊接机，显然会增加成本。

经检索， 中国专利申请号为CN201510679775.0的文献，其公开了《一种基于预制焊材的窄间隙激光扫描多层自熔焊接方法》。该文献采用垂直于焊缝横向扫描的方法进行多道次焊接，其坡口采用U形或V型坡口形式、在焊接时采用扫描振镜横向进行扫描及焊接。其存在：1.由于采用了U或V型坡口，预制材料形状较为复杂，不易加工；2.焊接时采用扫描振镜横向（垂直焊缝方向）扫描方式，而扫描振镜一般只能用于1000W的固体激光，对于气体激光或1000W以上的激光不适用；3.采用横向扫描焊接，焊完整个焊缝会出现大量的拐角，在拐角处容易引起焊接质量不稳定。

因此本专利提出了一种采用激光多道次焊接厚板的方法，既解决了激光焊接厚板的问题，又避免了文献中的问题。

发明内容

本发明在于克服现有激光焊接存在的不能焊接厚于其焊接深度的钢板、或坡口不易加工且焊接的焊缝不稳定，繁杂的不足，提供一种在不管所拥有激光焊机的功率多大，均能焊接厚于其焊接深度的钢板，且焊口易加工成型，焊接变形小，焊缝质量稳定的激光焊接方法的。

实现上述目的的措施：

一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法，其步骤：

1）沿等厚的被焊接两块基板的待焊接边的厚度方向先保留一段无需加工的单次激光能焊接的深度，其余的加工成不同宽度的L形，两块被焊接的基板所加工的L形个数及对应高度上的形状相同，两者拼在一起为槽形，槽形的个数为基板的厚度被单次激光能焊接的厚度所除的整倍数，槽形的个数与两块等厚基板上每侧加工的L形个数相同；从一块基板厚度方向上所加工的L形图形或两块拼接在一起时的槽形图，其布局形状为阶梯式的；

单块基板L形的加工方法：

首先加工一块待焊接基板的待焊接边，使其沿焊边的厚度方向加工成至少一个L形，用L₁-n表示，n为自然数，其表示第n个要加工的L形，其等于待焊接基板的厚度被单次激光焊接的厚度所除的整倍数；第一个L_1-1的底边距基板的底边的距离为单次激光焊接的深度，用a表示；L_1-1的竖向边的高度等于单次激光焊接的深度；其L_1-n底边的宽度用b_n表示，n为自然数，表示第n个要加工的L形底边的宽度，其b_n的宽度不超过焊接时对应的激光束所在截面的半径；加工第2个L形时，其L_1-2的竖向边的高度仍等于单次激光焊接的深度；其L_1-2底边的宽度b₂则不超过焊接时对应的激光束所在截面的半径；

当基板最后剩余的厚度不够一个单次激光焊接的厚度时，仍然将其加工成L形，其用L_1-末表示，其L_1-末的底边宽度仍采用b_n的方式加工，其竖向高度为剩余的厚度；

第二块基板的L形用L₂表示，其上的第一个L形用L_2-1表示，且与第一块基板的L_1-1位置相对应，形状及尺寸相同；以后的则以此类推，直到L_2-n及L_2-末；

2）将两块要被焊接的基板上加工的L形的两条边L_1-1及L_2-1底边以下未加工的且厚度为a的焊缝进行焊接，并要求焊实焊满；

3）在两块基板由两个L_1-1及L_2-1拼接成的第一个槽形内整齐装满填槽块，且填槽块竖向放置；

4）对第一个槽形内的基板与填槽块之间、填槽块与填槽块之间的缝隙进行焊接，并要求焊实焊满；

5）按照步骤3）及4），逐步将所加工的由L₁-n与L_2-n所形成的n个槽焊接，以及最后由L_1-末及L_2-末形成的最末一个槽。

其在于：所述填槽块的厚度，不能超过单道次焊缝的熔宽；其材质与基板材质相同。

其在于：所述每个由L₁-n与L_2-n所形成的槽的宽度，大于对应于槽所在位置的激光束的截面直径不超过1mm。

本发明与现有技术相比，焊接无论厚于所拥有激光焊机单次激光焊接的厚度为多少，均能进行焊接，也无需购置匹配的激光焊机，且焊口易加工成型，焊接变形小，焊缝质量稳定。充分发挥了激光焊机的特点。

附图说明

图1是本发明基板L₁或基板L₂焊边的L型布局状态图；

图2为图1中基板L₁与基板L₂拼接在一起的状态图；

图3为在图2中的槽₁放置填槽块后的状态图；

图中：L_1——表示第一块基板，L_2——表示第二块基板，L_1-1—表示第一块基板上的第一个L形，L_1-2—表示第一块基板上的第二个L形，L_1-末—表示第一块基板上的最后一个L形，L_2-1—表示第二块基板上的第一个L形，L_2-2—表示第二块基板上的第二个L形，L_2-末—表示第二块基板上的最后一个L形，a_——表示与单次激光焊接的厚度相同的L的竖向边的高度，b_1——表示L_1-1或L_2-1的L形底边宽度，b_2——表示L_1-2或L_2-,2的L形底边宽度，b_末——表示L_1-末或L_2-末的L形底边宽度。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

本实施例要焊接的钢板厚度为8mm，进行等厚激光焊接的两块基板被加工的L形分别标记为L₁及L₁ ；激光焊机功率4000kw，单道次可焊接深度为5mm；这样8mm-5mm=3mm, 剩余3mm中L₁及L₂的L形个数n为0，L_1-末及L_2-末的L形个数为1，各自厚度均为3mm；经测量，槽_末开口处即8mm处所对应的激光束的截面直径是6.5mm；单道次焊缝的熔宽为3mm；采用切削方法加工L形。

本实施例钢板激光焊接方法，其步骤：

1）沿等厚的被焊接两块基板的待焊接边的厚度方向先保留一段无需加工的单次激光能焊接的距离为5mm，其余的加工成竖向高度为3mm的L_1-末为1个；两块被焊接的基板所加工的L形个数及对应高度上的形状相同；两者拼在一起后槽形有1个，即槽_末，槽_末开口宽度为7.5mm；

基板L_1-末的L形加工方法：

首先加工一块待焊接基板的待焊接边，使其沿焊边的厚度方向加工成1个L形，即L_1-末；L_1-末的底边距基板的底边的距离为单次激光焊接的厚度a已知为5mm；L_1-末的竖向边的高度为3mm；L_1-末的宽度b_末为3.75mm；

基板L_,2-末的L形加工方法：

由于第二块基板L_,2-末的L形结构、形状、尺寸及个数完全同于第一块基板，故：L_,2-末同于L_1-末；

2）将两块要被焊接的基板上加工的L形的两条边L_1-末及L_,2-末底边以下未加工的且距离a为5mm的焊缝进行焊接，并要求焊实焊满；

3）在两块基板由两个L_1-末及L_,2-末拼接成的槽_末内整齐装满填槽块，且填槽块竖向放置；填槽块的材质同于基材；所加工的填槽块的厚度比单道次焊缝熔宽3mm小0.5mm，即为2.5mm；其填槽块的高度均为3mm；

4）槽_末开口宽度为7.5mm，故在槽_末中填有3块厚度为2.5mm的填槽块；将槽_末内的基板与填槽块之间、填槽块与填槽块之间的缝隙进行焊接，并要求焊实焊满

经对所焊接的焊缝进行检测，无漏焊现象，焊接无产生变形现象，且焊缝质量稳定，完全满足用户要求。

实施例2

本实施例要焊接的钢板厚度为15mm，进行等厚激光焊接的两块基板被加工的L形分别标记为L₁及L₂ ；激光焊机功率4000kw，单道次可焊接深度为5mm；这样15mm-5mm=10mm,， 剩余10mm 中L₁及L₂的L形个数n为2；经测量，由L₁及L₂形成的槽₁的高度的开口，即基板10mm处所对应的激光束的截面直径是8mm，槽₁的开口即基板10mm处所对应的激光束的截面直径是8mm；槽₂的开口即基板15mm处所对应的激光束的截面直径是11mm；单道次焊缝的熔宽为3mm；采用切削方法加工L形。

本实施例2的激光焊接方法，其步骤：

1）沿等厚的被焊接两块基板的待焊接边的厚度方向先保留一段无需加工的单次激光能焊接的距离为5mm，其余的加工成不同宽度但竖向高度相同的的L₁形为2个；两块被焊接的基板所加工的L形个数及对应高度上的形状相同；两者拼在一起后槽形有2个，即槽₁及槽₂；槽₁的开口宽度为8.8mm，槽₂的开口宽度为12mm，故使槽₁、槽₂的布局形状为阶梯式的布局；

基板L₁的L形加工方法：

首先加工一块待焊接基板的待焊接边，使其沿焊边的厚度方向加工成2个L形，即L₁-₁L₁-₂，n=2；第一个L_1-1的底边距基板的底边的距离为单次激光焊接的厚度a已知为5mm；L_1-1的竖向边的高度等于单次激光焊接的厚度,也为5mm；其L_1-1底边的宽度b₁的宽度为4.4mm； 其L_1-2的竖向边的高度仍等于单次激光焊接的厚度也即为5mm；其L_1-2底边的宽度b₂为6mm；

基板L₂的L形加工方法：

由于第二块基板L₂的L形结构、形状、尺寸及个数完全同于第一块基板，故： L_2-1同于L_1-1，L_2-2同于L_1-2；

2）将两块要被焊接的基板上加工的L形的两条边L_1-1及L_2-1底边以下未加工的且距离a为5mm的焊缝进行焊接，并要求焊实焊满；

3）在两块基板由两个L_1-1及L_2-1拼接成的第一个槽₁内整齐装满填槽块，且填槽块竖向放置；填槽块的材质同于基材；所加工的填槽块的厚度比单道次焊缝熔宽3mm小0.8mm，即为2.2mm；槽₁的开口宽度为8.8mm，故在槽₁中填有4块厚度为2.2mm的填槽块，其填槽块的高度均为5mm；

4）将槽₁内的基板与填槽块之间、填槽块与填槽块之间的缝隙进行焊接，并要求焊实焊满；

5）按照步骤3）及4），逐步将所加工的由L₁-₂与L_2-2所形成的2个槽焊接；槽₂的开口宽度为12mm，故在槽₂中填有4块厚度为3mm的填槽块，其填槽块的高度均为5mm。

经对所焊接的焊缝进行检测，无漏焊现象，焊接无产生变形现象，且焊缝质量稳定，完全满足用户要求。

实施例3

本实施例要焊接的钢板厚度为18mm，进行等厚激光焊接的两块基板被加工的L形分别标记为L₁及L₂ ；激光焊机功率4000kw，单道次可焊接深度为5mm；这样18mm-5mm=13mm,， 剩余13mm 中L₁及L₂的L形个数n为3，L_1-末及L_2-末各自剩余厚度均为3mm；经测量，由L₁及L₂形成的槽₁的高度的开口，即基板10mm处所对应的激光束的截面直径是8mm，槽₁的开口即基板10mm处所对应的激光束的截面直径是8mm；槽₂的开口即基板15mm处所对应的激光束的截面直径是11mm，槽_末开口处即18mm处所对应的激光束的截面直径是12.5mm；单道次焊缝的熔宽为3mm；采用切削方法加工L形。

本实施例的激光焊接方法，其步骤：

1）沿等厚的被焊接两块基板的待焊接边的厚度方向先保留一段无需加工的单次激光能焊接的距离为5mm，其余的加工成不同宽度但竖向高度相同的的L₁形为2个，竖向高度为3mm的L_1-末为1个；两块被焊接的基板所加工的L形个数及对应高度上的形状相同；两者拼在一起后槽形有2个，即槽₁及槽₂；槽₁的开口宽度为8.8mm，槽₂的开口宽度为12mm，槽_末开口宽度为13.8mm，故使槽₁、槽₂及槽_末的布局形状为阶梯式的布局；

基板L₁的L形加工方法：

首先加工一块待焊接基板的待焊接边，使其沿焊边的厚度方向加工成2个L形，即L₁-₁L₁-₂，n=2；第一个L_1-1的底边距基板的底边的距离为单次激光焊接的厚度a已知为5mm；L_1-1的竖向边的高度等于单次激光焊接的厚度,也为5mm；其L_1-1底边的宽度b₁的宽度为4.4mm； 其L_1-2的竖向边的高度仍等于单次激光焊接的厚度,也即为5mm；其L_1-2底边的宽度b₂为6mm；L_1-末的宽度b_末为6.9mm；

基板L₂的L形加工方法：

由于第二块基板L₂的L形法人结构、形状、尺寸及个数完全同于第一块基板，故： L_2-1同于L_1-1，L_2-2同于L_1-2，L_,2-末同于L_1-末；

2）将两块要被焊接的基板上加工的L形的两条边L_1-1及L_2-1底边以下未加工的且距离a为5mm的焊缝进行焊接，并要求焊实焊满；

3）在两块基板由两个L_1-1及L_2-1拼接成的第一个槽₁内整齐装满填槽块，且填槽块竖向放置；填槽块的材质同于基材；所加工的填槽块的厚度比单道次焊缝熔宽3mm小0.8mm，即为2.2mm；槽₁的开口宽度为8.8mm，故在槽₁中填有4块厚度为2.2mm的填槽块，其填槽块的高度均为5mm；

4）将槽₁内的基板与填槽块之间、填槽块与填槽块之间的缝隙进行焊接，并要求焊实焊满；

5）按照步骤3）及4），逐步将所加工的由L₁-₂与L_2-2所形成的2个槽焊接，以及最后由L_1-末及L_2-末形成的槽_末；槽₂的开口宽度为12mm，故在槽₂中填有4块厚度为3mm的填槽块，其填槽块的高度均为5mm；

槽_末开口宽度为13.8mm，故在槽_末中填有6块厚度为2.3mm的填槽块，其填槽块的高度均为3mm。

经对所焊接的焊缝进行检测，无漏焊现象，焊接无产生变形现象，且焊缝质量稳定，完全满足用户要求。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (3)

1.一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法，其步骤：

1）沿等厚的被焊接两块基板的待焊接边的厚度方向先保留一段无需加工的单次激光能焊接的深度，其余的加工成不同宽度的L形，两块被焊接的基板所加工的L形个数及对应高度上的形状相同，两者拼在一起为槽形，槽形的个数为基板的厚度被单次激光能焊接的厚度所除的整倍数，槽形的个数与两块等厚基板上每侧加工的L形个数相同；从一块基板厚度方向上所加工的L形图形或两块拼接在一起时的槽形图，其布局形状为阶梯式的；

单块基板L形的加工方法：

首先加工一块待焊接基板的待焊接边，使其沿焊边的厚度方向加工成至少一个L形，用L₁-n表示，n为自然数，其表示第n个要加工的L形，其等于待焊接基板的厚度被单次激光焊接的厚度所除的整倍数；第一个L_1-1的底边距基板的底边的距离为单次激光焊接的深度，用a表示；L_1-1的竖向边的高度等于单次激光焊接的深度；其L_1-n底边的宽度用b_n表示，n为自然数，表示第n个要加工的L形底边的宽度，其b_n的宽度不超过焊接时对应的激光束所在截面的半径；加工第2个L形时，其L_1-2的竖向边的高度仍等于单次激光焊接的深度；其L_1-2底边的宽度b₂则不超过焊接时对应的激光束所在截面的半径；

当基板最后剩余的厚度不够一个单次激光焊接的厚度时，仍然将其加工成L形，其用L_1-末表示，其L_1-末的底边宽度仍采用b_n的方式加工，其竖向高度为剩余的厚度；

第二块基板的L形用L₂表示，其上的第一个L形用L_2-1表示，且与第一块基板的L_1-1位置相对应，形状及尺寸相同；以后的则以此类推，直到L_2-n及L_2-末；

2）将两块要被焊接的基板上加工的L形的两条边L_1-1及L_2-1底边以下未加工的且厚度为a的焊缝进行焊接，并要求焊实焊满；

3）在两块基板由两个L_1-1及L_2-1拼接成的第一个槽形内整齐装满填槽块，且填槽块竖向放置；

4）对第一个槽形内的基板与填槽块之间、填槽块与填槽块之间的缝隙进行焊接，并要求焊实焊满；

5）按照步骤3）及4），逐步将所加工的由L₁-n与L_2-n所形成的n个槽焊接，以及最后由L_1-末及L_2-末形成的最末一个槽。

2.如权利要求1所述的一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法，其特征在于：所述填槽块的厚度，不能超过单道次焊缝的熔宽；其材质与基板材质相同。

3.如权利要求1所述的一种焊接钢板厚度超过激光机允许厚度的激光焊接方法，其特征在于：所述每个由L₁-n与L_2-n所形成的槽的宽度，大于对应于槽所在位置的激光束的截面直径不超过1mm。