[發明專利]一種半導體激光與CO2激光的復合焊接方法

無效

• 申請號: 200810036687.9
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101564799A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 黃濤
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K26/42
• 分類號: B23K26/42;B23K26/04
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司
• 代理人: 竺 明

技術領域

本發明涉及激光應用領域，特別涉及一種用于高強鋼焊接的半導體激光與CO₂激光的復合焊接方法。

背景技術

目前，汽車工業已經進入了發展的快車道，汽車工業對輕量化、安全、排放、成本控制及燃油經濟性要求越來越高。改善汽車的安全和碰撞功能雖然采用更大的質量和安裝更多的安全裝置和手段也可使汽車更加安全，但與降低燃油消耗和排放相悖；為使汽車降低排放和具有更好的燃油經濟性，就必須輕量化。采用高強度鋼板，既可減少汽車質量，在降低燃油消耗的同時降低排放，又可提高汽車的安全性。隨著汽車工業的發展，對高強度鋼的應用越來越多，汽車工業大量采用高強度鋼板和一些高強度輕量化材料，這也就驅使我們開展高強鋼焊接問題的研究。

高強鋼傳統的焊接方法主要有手工電弧焊、埋弧焊以及金屬極氣體保護焊三種方法。傳統的焊接方法的共同缺點：焊接速度較慢，難以獲得大的熔深以及較大的熱影響區等，已經越來越不能適應高速、高質量的現代化生產的需要，因此急需尋找一種新的焊接方法。

激光焊接技術是六十年代發展起來的，以高能量密度的激光為熱源的精密焊接技術，已在汽車制造、航空航天、機車、船舶、容器結構、電子輕工業等行業得到了日益廣泛的應用，尤其是在汽車工業中的使用越來越普遍。

與傳統的焊接方法相比，激光焊的焊接速度快、生產效率高；深熔焊的焊縫深寬比高，可實現大熔深的焊接；熱輸入量小使焊件熱影響區小，對后續加工幾乎沒有影響；焊接工程中焊件的變形量小；容易實現精確的數控加工，適應現代生產的需要。

但是激光焊接獨特的急熱和急冷焊接機制也造成了傳統焊接中不常有的焊接裂紋的出現，其主要原因是：

1.焊縫金屬中奧氏體明顯長大使接頭出現淬硬性組織。

2.在熱影響區出現的馬氏體組織在提高強度的同時使韌性下降，增加了產生冷裂紋的可能性。

3.熱影響區周圍對于熱收縮抑制產生的約束應力對裂紋的產生有很大影響。

4.大氣中的水分與激光接觸，就成為原子狀態的氫，溶解在熔化金屬中，急速凝固時不能全部逸出而殘存在焊縫金屬中，隨著溫度降低而進入淬硬組織的熱影響區。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體激光與CO₂激光的復合焊接方法，焊接過程進行同步的預熱和后熱處理，可有效解決高強鋼焊接中出現的冷裂紋問題，提高了高強鋼激光焊接的質量。

為達到上述目的，本發明的技術方案是，

一種半導體激光與CO₂激光的復合焊接方法，使用一臺半導體激光器和CO₂激光器成一定角度位于被焊金屬焊縫的一側，調整CO₂激光的聚焦位置而使CO₂激光的光斑處在半導體激光的光斑中，使焊接方向和半導體激光的慢軸方向一致；使用半導體激光對被焊金屬進行預熱，把進入半導體激光光斑內的待焊部位加熱到200～400℃，同時使用CO₂激光器焊接，對CO₂激光器焊接后的被焊金屬已焊部位再使用半導體激光對被焊金屬進行焊后熱處理。

由于半導體激光在快軸與慢軸兩個方向上發散角相差較大，所以半導體激光的光斑為矩形光斑，可以很好的對焊縫進行預熱和后熱處理。可以迅速把進入半導體激光光斑內的待焊部位加熱到200～400℃，降低了焊接過程的溫度梯度，同時對已焊部位進行焊后后熱處理，減小了冷卻速度。處于中間的CO₂激光由于光束質量好，調整功率可實現高質量的深熔焊接。

進一步，在CO₂激光焊接的同時，將半導體激光聚焦在待焊部位前端，把半導體激光的光斑聚焦在未焊部位，從而在CO₂激光焊接板材之前由半導體激光對未焊部位進行同步焊前預熱處理，半導體激光器的矩形光斑可實現預熱的快速和均勻化，降低了焊接時的溫度梯度較小了內應力。鋼板經預熱后再經CO₂激光焊接，明顯降低了冷裂紋的產生。

又，在CO₂激光焊接的同時，對半導體激光進行整形，形成環行或矩形光斑，覆蓋焊接熔池前后的區域，對待焊和已焊部位分別進行預熱和后熱處理。

使用一臺CO₂激光器對高強鋼焊接的同時，一臺半導體激光器和CO₂激光器成一定角度位于焊縫的一側，調整激光的聚焦位置而使CO₂激光的光斑處在半導體激光的光斑中。使焊接方向和半導體激光的慢軸方向一致。