[發明專利]一種提高光纖激光焊接焊縫熔深的方法

有效

• 申請號: 201310662804.3
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103612011A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 趙琳;田志凌;張巖
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，尤其涉及一種提高光纖激光焊接焊縫熔深的方法。

背景技術

激光深熔焊接時，激光輻射照度大于10⁶W/cm²，材料在高能量密度的激光束作用下迅速熔化、汽化，形成激光小孔。由于小孔的存在，激光束能量能夠深入到材料內部而形成深而窄的焊縫，焊縫深寬比可達到10:1以上。激光深熔焊接是激光焊接典型代表，其與傳統焊接方法比較，具有焊縫深寬比大，焊接速度快，熱影響區窄，焊接變形小，焊接質量高，易于控制等優點。因此，激光深熔焊接被認為是一種較為理想的焊接方法，得到越來越多的重視和應用。

激光焊接的優勢之一在于獲得較大的焊縫熔深，與傳統焊接方法相比，在同樣的熱輸入下，激光焊接能夠實現較大板厚材料的一道焊接成形。激光焊接往往采用惰性氣體作為保護氣體，其焊縫熔深主要取決于激光功率、焊接速度等，增加激光功率、減少焊接速度均可提高焊縫熔深，其原理是增加了焊接熱輸入，大熱輸入條件下激光小孔擴張，焊縫熔深增加。但是，激光功率存在一定限度（例如工業用光纖激光功率最大為20kW），不能無限制提高激光功率來保證獲得足夠的焊縫熔深，并且減少焊接速度會降低加工效率。另外，采用增加熱輸入的方法提高激光焊接焊縫熔深，易產生焊接變形、氣孔等缺陷，降低了焊接質量。因此，保持熱輸入不變，即在不改變激光功率、焊接速度等條件下，如何增加激光焊接焊縫熔深成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高光纖激光焊接焊縫熔深的方法，采用惰性氣體和活性氣體的混合氣體替代原有的純惰性氣體作為保護氣體，通過調整保護氣體中活性氣體的含量，增加了激光小孔的深度，提高了焊縫熔深。解決了現有激光焊接焊縫熔深的問題。

本發明在光纖激光焊接過程中，通過改變保護氣體成分實現焊縫熔深的提高。該方法采用惰性氣體和活性氣體的混合氣體作為保護氣體，其中，He（氦）-O₂（氧）混合保護氣體中O₂比例為5%-20%，Ar（氬）-O₂混合保護氣體中O₂比例為5%-20%，He-CO₂（二氧化碳）混合保護氣體中CO₂比例為10%-50%，Ar-CO₂混合保護氣體中CO₂比例為10%-50%。

本發明所述激光焊接使用光纖激光，功率為5-15kW，激光保護氣體流量為20-45L/min，焊接速度0.5-2.0m/min。

本發明所述保護氣體噴嘴與激光束呈40°-50°，噴嘴距工件間距10-20mm。

本發明所述光纖激光焊接中保護氣體中含有少量的O₂或CO₂改變了焊接過程中激光小孔內部壓力平衡，增加了小孔內部擴張壓力，促進了激光小孔深度的增加，光纖激光小孔深度的增加致使焊縫熔深的增加。

本發明通過光纖激光焊接保護氣氛的改變，很好地提高了焊縫熔深，使焊接效率得到了進一步提高。

附圖說明

圖1是本發明的光纖激光焊接方法的焊接示意圖；其中序號表示為：光纖激光1，激光保護氣體2，保護氣體噴嘴與激光束夾角3，噴嘴距工件間距4，工件5。

圖2是本發明保護氣體為He-20%O₂時光纖激光焊接焊縫橫截面圖。

圖3為對比方法，保護氣體為純He時光纖激光焊接焊縫橫截面圖。

圖4是本發明保護氣體為He-20%O₂時光纖激光焊接小孔形狀X射線實時檢測圖。

圖5為對比方法，保護氣體為純He時光纖激光焊接小孔形狀X射線實時檢測圖。

圖6是本發明保護氣體為Ar-50%CO₂時光纖激光焊接焊縫橫截面圖。

圖7是對比方法，保護氣體為純Ar時光纖激光焊接焊縫橫截面圖。

具體實施方式

以下結合附圖以及示例性實施例，進一步詳細描述本發明的設計思想以及形成機理，使本發明的技術解決方案更加清楚。

本發明在現有的光纖激光焊接過程中，通過光纖激光焊接保護氣氛的調整，增加了激光小孔內部擴張壓力，促進激光小孔深度的增加，致使焊縫熔深的增加，進一步提高使焊接效率。

本發明所采用的惰性氣體和活性氣體混合氣體作為保護氣體，有利于焊接過程中激光小孔深度的增加，從而促進了光纖激光焊接焊縫熔深的提高。