[發明專利]一種激光與熔融金屬復合焊接板材的方法

有效

• 申請號: 201310261154.1
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103418917A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 陳根余;張明軍;周聰
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 張良

發明領域

本發明涉及一種激光焊接方法，尤其涉及一種激光與熔融金屬復合焊接板材的方法。

背景發明

對于厚度超過20mm或30mm板材進行平焊接頭時，目前通常采用電弧焊接、電子束焊接、激光焊接等。

當采用傳統的電弧焊接方法時，焊接工件需要開設坡口，并進行多層多道施焊，焊接效率低，焊工勞動強度大，且焊后變形大，需要后續機加工；采用電子束焊接方法時，需要真空氣氛，局限于結構較小的試件焊接。

隨著近來超高功率高亮度激光的研制成功，使得采用激光單道焊接厚板成為可能。激光深熔焊接類似于電子束焊接，可以獲得大深寬比的焊縫。然而單純的激光焊接（激光自熔焊接）大厚度平焊接頭，易產生塌陷和下掉等缺陷，“PA?position?full?penetration?high?power?laser?beam?welding?of?up?to30mm?thick?AlMg3plates?using?electromagnetic?weld?pool?support”，science?and?technology?of?welding?and?joining2012(17)，（“采用電磁熔池輔助系統高功率激光穿透焊接水平位置30mm厚AlMg3板”，《焊接與連接科學技術》2012（17））文中指出在平焊厚板試件下方設置電磁場，產生向上的洛倫茲力來克服重力，進而抑制重力作用下的熔池下掉。然而熔池重力對熔池塌陷和下掉只是一個較小的影響因素。

在2011年12月12日申請的，申請號為“201110410448.7”，發明名稱為“大型罐體單面焊接雙面成型方法及焊縫成型襯墊”的發明專利公開了一種大型罐體襯墊焊方法及襯墊，其解決了大型罐體單面焊接雙面成型的問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題：為了獲得較好的成形，必須在襯墊上開始足夠大的焊縫成形槽，從而底部焊縫很寬。

在2012年10月3日公開的，公開號為“CN102019481B”，發明名稱為“一種高強度船體結構用鋼平對接焊焊接工藝方法”的發明專利公開了一種平對接焊工藝方法，其解決了高強度船體結構用鋼平對接焊焊接坡口、焊前預熱、施焊溫度、焊接順序、焊接規范參數、焊后冷處理的工藝規范，但是該技術方案仍舊存在以下問題：需要開設雙V形坡口，生產效率低，生產實際中難以嚴格控制道間溫度。

1984年12月27日公開的，公開號為“JP59-232690A”，發明名稱為“熔接方法”的發明專利公開了一種圓形零件的焊接方法，具體地，外側采用激光焊接，焊縫熔深距試件下表面2mm，內側采用TIG電弧焊接，電弧焊接焊縫與激光焊縫搭接約1mm。其解決了圓形零件單面焊接底部易凸起或欠熔透，需要后續處理的問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題：電弧焊接熱輸入量較大，激光焊縫底部會再次加熱熔化，產生組織變化，影響焊縫性能且生產效率低。

1995年8月15日公開的，公開號為“JP07-214316A”，發明名稱為“片面自動熔接方法及裝置”的發明專利公開了一種單面自動焊接方法和裝置，其解決了從背面實時獲取焊縫底部成形，通過圖像處理反饋控制焊接參數來獲得沒有塌陷的穩定熔透焊縫，但是該技術方案仍舊存在以下問題：該方法只能使用于薄板焊接和傳統弧焊方法，對于激光焊接厚板由于熔池內部流動和巨大熔池自重的影響難以通過簡單的工藝參數調整而實時消除塌陷缺陷。

發明內容

本發明的目的是解決目前超高功率激光（>15kW）自熔焊接大厚度板（>20mm）平焊接頭，深熔穿透焊接成形過程中，出現的塌陷和下掉等焊接缺陷。

本發明的技術方案是提供一種激光與熔融金屬復合焊接板材的方法，其特征在于：

步驟1：第一母材和第二母材加工形成坡口的對接端面和坡口面，除去第一母材和第二母材上下表面、坡口對接面和坡口面上雜質；

步驟2：將除去氧化膜的金屬固體裝入金屬熔融裝置中，然后在惰性保護氣體保護下，將加入的除去氧化膜的金屬固體加熱成為熔融金屬液；

步驟3：熔融金屬液從金屬熔融裝置中經噴槍噴射到底部坡口中，噴槍與工件下表面所成角度α為15°～60°，移動速度為0.5m/min～10m/min；

步驟4：在噴槍啟動噴射后，激光束垂直輻射工件上表面，激光束聚焦光斑大小平均分布在第一母材和第二母材上，激光束與噴槍同步移動，完成焊接過程。

進一步地，在步驟3中，噴槍與第一母材或第二母材下表面所成角度α為15°～60°，移動速度為0.5m/min～10m/min。