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激光焊接技术将带来船用厚钢板切边质量的大提升

来源:中国冶金报

  发布:Johnny

关键词:激光焊接技术 船舶制造

2018-06-15

  主热源采用高输出半导体激光振荡器,控制激光束形状使其与较大的矩形坡口形状相适应,并结合在降低热能、提高效率方面有实际效果的热丝法进行新型单焊道立焊工艺。焊接部位采用与气体保护电弧焊同样的铜板包围,用适合坡口形状的较大的矩形焊点,通过利用热丝法形成的在熔池表面反射的激光熔化坡口壁面。焊接工艺因低热能、低稀释率、低变形等实现高品质和高效率焊接施工,并因降低激光功率等实现成本的降低。此外,还有望提高应对坡口宽度变化的施工灵活度。使用专用的焊丝加热电源加热填充焊丝。焊丝的送丝速度与坡口形状、焊接速度和焊丝直径相应进行设定,以形成适当的焊道。焊丝电流按照焊丝前端的温度在达到熔点以下进行设定,避免发生熔断。

  尽管随着激光输出的增加,HAZ(热影响区)宽度增宽,但激光输出为5kW的条件下,HAZ为8mm左右,比传统的电弧气体保护焊的HAZ宽度(15-20mm)窄。由于激光输出的变化,坡口壁面的熔融状态发生变化,在相对低输出的条件下,只有坡口的最表面熔化。在相对高输出的条件下,坡口壁面充分熔化,熔合不良率也较低。另一方面,改变焊接速度对坡口壁面的熔融状态没有大的影响。换而言之,熔池表面处发生反射、照射在坡口壁面的激光的能量密度对坡口壁面熔融的影响较大。通过采用与坡口尺寸相应的较大矩形激光束和热丝法组合的焊接工艺,可实现低稀释率且低热能的厚钢板纵向单焊道焊接。

  采用激光焊接工艺,设定与板厚(坡口长度)相应的激光束长度,向着坡口宽度方向做激光束摆动,即使坡口宽度变化很大,也无需大幅提高激光输出,同样可形成稳定的熔池和低稀释率、低热能的焊接接头。

  考虑到从坡口正上方激光照射有困难的施工现场实际情况,探讨从坡口侧面激光斜射的结果表明,如果照射角度为15°,则可获得几乎与正上方照射同等的结果。另外,采用热丝从坡口一侧送入的单焊丝法时,也和采用双焊丝法的结果基本相同,获得了在大型构件的应用,实现了从单侧焊接施工的目的。

  与坡口形状相应的大矩形激光焊点与可进行填充焊丝高效独立送入控制的热丝法结合,可进行低稀释率、低热能的厚钢板立焊单焊道焊接;激光的能量密度对坡口壁面熔融的影响较大,而焊接速度对其影响很小;通过将激光束向坡口宽度方向摆动,即使是坡口宽度大幅变化的情况下,也不必大幅提高激光输出,即可形成稳定的熔池和良好的接头;采用激光焊接工艺制成的接头进行拉伸试验的结果表明,可获得在母材部位断开的足够的接头强度。

  激光焊接技术在船厚钢板的采用,对于钢板生产厂来说,将会带来切边质量的大进步,大提升。这是因为激光焊接采用Ⅰ字型坡口,而钢厂采用圆盘剪和双边剪切边质量达不到坡口要求,造船厂需要另外打坡口,降低了效率,将带来船用钢板切边质量的革命。