[發明專利]一種激光掃描熔化金屬粉末焊接方法及其裝置

有效

• 申請號: 201210170030.8
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102699531A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王迪;楊永強;劉睿誠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/42;B23K26/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 齊榮坤

技術領域

本發明涉及箔材零件焊接領域，特別涉及一種激光掃描熔化金屬粉末焊接方法及其裝置。

背景技術

目前，用于連接大型晶格結構的常用焊接技術主要有三類：（1）電弧焊，（2）電阻焊，（3）激光熱傳導焊接。

電弧焊（electric?arc?welding）是工業生產中應用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電所產生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。

電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接工作的，可以進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。另外由于焊條電弧焊設備輕便，搬運靈活，所以說，焊條電弧焊可以在任何有電源的地方進行焊接作業。適用于各種金屬材料、各種厚度、各種結構形狀的焊接。

當晶格結構部件截面設計較厚時，較多采用電弧焊。但該技術應用于連接采用0.25mm厚或更薄箔材的晶格結構時，箔材會熔穿、變形，或者連接不良。而且電弧焊的工藝特點降低了其運用于箔材焊接的可行性。

電阻焊(resistance?welding)是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。

截面較薄的時候往往會使用電阻焊。在井篩的制作中，電阻焊局限于制作不能看作箔材的較厚截面。電阻焊需要高壓力和高電流，而這種高的壓力會使箔材變形。

激光熱傳導焊接（Laser?heat?conduction?welding）是把激光投射在材料表面，將光能轉化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料深處傳遞，最后將兩焊件熔接在一起。

激光熱傳導焊接法也已開始較多地運用于箔材的焊接，但它僅限于一定的接頭幾何形狀，因為裝配精度要求很嚴格。

以上三種焊接方法的主要缺陷就是施焊時的高溫會導致變形。而且這三種焊接法都采用傳統制作技術，如圖1所示，即將支撐桿2和金屬箔材1作為兩個單獨的部件焊接在一起，形成晶格結構。

傳統的焊接法需要較厚的連接材料，以避免缺陷的形成。但是，如果為了方便焊接而加大部件厚度，材料或設計性能的優化就不能被充分利用了。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種激光掃描熔化金屬粉末焊接方法及其裝置，克服傳統焊接法僅能焊接較厚連接材料及施焊時的高溫會導致箔材零件變形、熔穿、連接不良等缺陷。

本發明通過下述技術方案實現：

一種激光掃描熔化金屬粉末焊接方法，包括下述步驟：

（1）把待焊接的箔材相應的置于夾具夾板之間，并根據箔材之間焊縫的大小，將各箔材焊接部位預留在夾板以外；

（2）將夾具放入焊接缸中，在粉末焊接缸內鋪入與箔材對應的金屬粉末，金屬粉末填充在各箔材焊接部位之間，鋪粉刮板將鋪設在箔材頂部的金屬粉末刮平，根據焊接熔深要求，使得粉末平面高于箔材頂部；

（3）光纖激光器發出激光束，通過擴束鏡后，進入由移動負透鏡與聚焦鏡組成的動態聚焦單元，根據激光焊點在箔材上平面的位置，微調移動負透鏡與聚焦鏡片之間的距離，激光束進入掃描振鏡內，入射到X軸鏡片上，激光束被反射到Y軸鏡片上，通過X軸鏡片與Y軸鏡片的相互配合，使激光束在箔材焊接面上獲得的30~200μm可調光斑，將箔材的焊接部位與金屬粉末熔化并焊接在一起。

所述步驟（3）光纖激光器的輸入功率100～400W、光束質量因子M²<1.1，波長1090nm；

所述掃描振鏡的掃描范圍為600×600mm。

所述粉末焊接缸在焊接時實施惰性氣體保護，所述惰性氣體為氬氣。

一種激光掃描熔化金屬粉末焊接裝置，包括粉末鋪設系統、激光焊接系統，所述粉末鋪設系統包括粉末焊接缸、鋪粉刮板、粉末升降缸、升降活塞、計算機，所述粉末焊接缸內設置有夾具，所述粉末升降活塞設置于粉末缸升降底部；所述激光焊接系統包括依次連接的光纖激光器、擴束鏡、移動負透鏡、聚焦鏡、掃描振鏡；所述粉末焊接缸、粉末升降缸、光纖激光器分別與計算機連接。

所述夾具由活動柵欄和設在活動柵欄上的夾板構成。

掃描振鏡包括X軸鏡片、Y軸鏡片、X軸鏡片伺服電機、Y軸鏡片伺服電機，所述X軸鏡片安裝在X軸鏡片伺服電機的轉軸上，所述Y軸鏡片安裝在Y軸鏡片伺服電機的轉軸上。

所述掃描振鏡的入射光孔徑為20mm，所述聚焦鏡為φ40、焦距f＝500mm的透鏡。

與現有技術相比本發明的有益效果在于：