(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210886510.8 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中国科学院上海光学精密机 械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区清河路390号 (72)发明人 王艳俊　杨上陆　 (74)专利代理 机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 31317 专利代理师 张宁展 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/14(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种用于厚板的激光 填丝焊的方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于厚板的激光焊接方 法。 通过对一组厚板预开一定钝边高度的坡口并 对接形成组合件， 将激光束辐照所述组合件的对 接位置， 在前方提供以一定速度均匀输送的第一 焊丝， 且所述激光束直接辐照 在所述焊丝端点位 置， 同时在后方再提供以一定速度均匀输送的第 二焊丝， 第二焊丝与激光束辐照位置具有间距且 激光束辐照中心一定高度； 通过在后方设置第二 焊丝输送， 能够充分利用被第一焊丝所反射的激 光能量以及激光束熔化第一焊丝时形成的高温 等离子体， 使第二焊丝熔化， 从而提升激光能量 利用率并增加单次焊接时的焊缝堆高量， 减少厚 板焊接道次， 提升制造效率； 另外通过第二焊丝 的熔化可以降低焊缝的冷却速度， 从而改善焊缝 流动性， 避免焊 接缺陷的产生。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115178868 A 2022.10.14 CN 115178868 A 1.一种用于中厚板的激光 填丝焊接方法， 所述方法包 含以下步骤： 1)提供一对用于焊接的第一金属工件和第二金属工件， 第一焊丝， 第二焊丝以及用于 激光焊接的激光束； 将所述第一金属工件和 第二金属工件分别加工出具有一定钝边高度和 开口角度 的坡口， 且两工件均具有上下相对的第一焊接表面和第二焊接表面以及焊接侧 面； 将所述第一金属工件与第二金属工件侧面对接形成待焊组合件以及对接线； 2)发射激光束沿所述组合件对接线方向行进， 激光束在对接位置形成辐照区域， 将第 一焊丝以一定速度输送至激光束辐照区域并接触组合件对接线， 将第二焊丝以一定速度输 送至激光束辐照区域附近； 3)将激光束、 第一焊丝和第二焊丝以一定速度沿对接线前进， 激光束熔化所述第一焊 丝、 第二焊丝以及组合件 对接处， 经冷却凝固后形成焊缝； 其中所述激光束辐照所述第 一焊丝使其熔化并产生高温等离子体， 所述激光束在辐照 第一焊丝时的反射光束和高温等离子体加热第二焊丝使其熔化， 第一焊丝位于焊接方向的 前端， 第二焊丝位于焊接方向激光束的后端； 第一焊丝的送丝速度不小于5 m/min， 第二焊丝 的送丝速度不超过第一焊丝送丝速度； 且激光束在第一焊丝上的辐照功率密度不低于 106W/cm2。 2.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述第二焊丝熔化是 通过激光束在第一焊丝和熔池中的反射 光及形成的高温等离 子体熔化 来实现的。 3.根据权利要求2所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述第二焊丝端点距 离组合件对接线有高度h2， h2＞0.5mm； 且端点距离激光束辐照中心具有水平间距b2， 一般 地b2≥1m m。 4.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述激光束与第一焊 丝之间还存在保护气， 所述保护气将焊接过程中产生的高温等离子体吹向第二焊丝方向， 所述保护气流 量为10‑100L/min。 5.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述焊接过程中包括 在第一焊丝、 第二焊丝输送至所述位置前所述激光束已辐照所述材料一定时间， 所述时间 不超过1秒， 优选地 为0.5秒。 6.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述焊接过程中包括 在第一焊丝、 第二焊丝输送停止后所述激光束再进行一定时间的辐照， 所述时间不超过1 秒， 优选地 为0.5秒。 7.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述焊接过程中焊接 速度为0.3 ‑1.0m/min。 8.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述激光束与第一焊 丝夹角为40° ‑75°， 所述第二焊丝与激光束夹角为3 0° ‑70°。 9.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述第二焊丝送丝速 度不超过第一焊丝送丝 速度的0.8倍。 10.根据权利要求1所述的一种用于中厚板的激光填丝焊接方法， 所述第 一焊丝和第 二 焊丝为成分、 直径相同的实芯焊丝 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115178868 A 2一种用于厚板的激光填丝焊的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及激光焊接领域， 尤其涉及一种针对中厚板激光焊接抑制焊接缺陷及提 升激光能量利用率， 增 加熔深的焊接方法。 背景技术 [0002]目前， 我国在核电装备、 海洋工程、 舰船制造、 石油化工、 航 空航天等工业领域中对 性能较高、 厚度较大的结构的需求越来越大， 因而对厚板焊接技术的要求也变得越来越高。 使用传统的弧焊或者气体保护焊焊接厚板时， 有许多局限诸如低的生产效率、 较高的生产 成本、 大的焊后变形等。 与传统焊接方法相比， 高能量密度 的激光焊具有整体的热输入量 小、 焊接速度快， 焊缝的深宽比较大、 焊接的精度高等特点， 可以提升企业的生产效率、 降低 成本并提高加工产品的质量， 因而高功 率的激光焊接方法在厚板的焊接过程中得到越来越 多的推广应用。 [0003]激光填丝焊被开发用来焊接大厚度工件。 但是在激光填丝焊接工程中， 激光束辐 照在焊丝上大量的能量均被反射， 虽然功率密度的增加以及随着焊丝温度的升高， 焊丝对 激光束的吸收率会有所升高， 但仍然会有大量能量被反射浪费； 同时在焊接过程中产生的 大量高温等离子体能量也会造成浪费。 而且在目前激光填丝焊中， 由于激光束熔化焊丝的 能量低， 送丝速度较慢单层填充量较小， 焊接厚板需要 更多道次。 当为了提高单层填丝厚度 而提高激光功率密度， 增加焊丝送丝速度后， 容易在工件内部形成不稳定的小孔及焊丝熔 入不稳定， 而造成焊缝成型较差， 内部出现未熔合、 气孔及飞溅等缺陷。 目前改善焊缝成型 质量的方法主要是通过激光能量与焊丝速度、 焊接速度等参数的匹配， 或者添加诸如电磁 场、 超声波等能场调控， 还包括例如通过摆动激光束、 预先将焊丝加热软化来提高激光束能 量利用率和改善焊缝成型； 但是根本上均没有大幅提升激光束能量利用率， 被焊丝及熔池 反射的激光束并没有被有效利用。 [0004]因此， 本领域的急需一种针对中厚板 的节能低成本、 高焊接质量的激光填丝焊接 方法， 以提升激光能量利用率， 并 改善焊接过程中飞溅、 气孔、 未熔合等缺陷， 改善焊缝成型 质量， 并实现高效大堆高量焊缝的实现， 更高效焊接厚板 。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种解决中厚板激光填丝焊时激光束能量利用率低， 单道 次焊缝堆高量少， 焊接缺陷多的问题， 提升焊接质量和效率的方法。 因此， 提供一下解决方 案： [0006]提供一种用于中厚板的激光 填丝焊接方法， 所述方法包 含以下步骤： [0007]1)提供一对用于焊接 的第一金属工件和第二金属工件， 第一焊丝， 第二焊丝以及 用于激光焊接的激光束； 将所述第一金属工件和 第二金属工件分别加工出具有一定钝边高 度和开口角度的坡口， 且两工件均具有上下相对的第一焊接表面和第二焊接表面以及焊接 侧面； 将所述第一金属工件与第二金属工件侧面对接形成待焊组合件以及对接线；说　明　书 1/5 页 3 CN 115178868 A 3