[發明專利]一種激光穿透焊接板材的方法

有效

• 申請號: 201710407452.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107052582B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 張明軍;謝志州;唐昆;毛聰;胡永樂
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K26/142;B23K26/03
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本發明涉及一種激光穿透焊接板材的方法，其激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴與保護氣體噴管能相對母材移動，當母材背面溫度達到或超過母材氣化的溫度值時，轉動激光焊接頭與高壓氣柱噴嘴，使得激光焊接頭相對母材上表面傾斜，高壓氣柱噴嘴垂直對準母材上表面，并控制高壓氣柱噴嘴供氣閥門，使高壓氣柱噴嘴噴射惰性氣體氣柱貫穿焊接小孔。本發明還涉及一種激光焊接系統，其激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴能相對母材移動，使激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴在第一狀態與第二狀態之間切換。在本發明中，采用高壓微細氣柱輔助維持小孔，避免了穿透焊接過程中小孔間斷性穿透和激光能量溢出損失，提高了小孔穩定性和能源利用率。

技術領域

本發明涉及一種激光焊接方法，尤其涉及一種激光穿透焊接板材的方法。

背景技術

激光焊接是激光加工技術中應用最廣泛的先進工藝之一，具有焊接熱源容易操縱，控制簡單，焊件變形小，熱影響區狹窄，殘余應力低，精確性和自動化程度高等優點，已經在汽車、造船、核電、管道等國民經濟重要行業領域中得到應用。

隨著超高功率高亮度激光的不斷商業化，激光單道焊接中厚板受到越來越多的關注。激光焊接中厚板通常為激光深熔焊接模式。這種模式下，材料在高能量密度激光的直接輻照下，發生熔化甚至氣化，在蒸發壓力作用下熔池表面下陷形成“匙孔”（也稱小孔），激光束通過小孔深入到材料內部，同時，小孔內部的蒸發金屬蒸汽繼續在高能量密度激光的作用下發生電離，從而在小孔內部和上方形成一團光致等離子體。小孔效應（即形成小孔和等離子體）是激光深熔焊接的本質特征，因此又稱激光深熔焊接為小孔模式焊接。小孔的張開和閉合受小孔壁的壓力平衡直接影響的。換言之，小孔的穩定維持是孔壁壓力平衡的結果。在工業應用中，激光焊接中厚板通常是單面焊接雙面成形，即穿透焊接。然而，激光深熔焊接中厚板時，往往表現出間斷性穿透，其主要原因是：激光穿透焊接中厚板時，小孔內部的金屬蒸汽會從小孔底部大量溢出，使小孔內部蒸汽壓力下降，這時在小孔底部熔池表面張力的作用下小孔底部閉合；隨著焊接過程的進行，小孔內蒸汽壓力繼續增大，當孔內蒸汽壓力增加到大于熔池表面張力時，再次形成了穿透小孔。這個過程是周期性出現的，表現為小孔間斷性穿透，從而使得焊接穩定性差，最終焊縫成形和焊接質量欠佳。不可忽視的是，在穿透焊接時激光束會從小孔底部溢出，導致激光功率的浪費。

在2013年06月26日公開的，公開號為“CN 103170744 A”，發明名稱為“激光焊接裝置及焊接方法”的發明專利公開了一種激光焊接裝置及焊接方法，其解決了表面等離子體屏蔽入射激光束的問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題：其只能吹散熔池上方的等離子體，而小孔內部的金屬蒸汽/等離子體對激光束仍存在影響，可以說沒有從根本上解決激光焊接中厚板的穩定性問題。

在2013年12月04日公開的，公開號為“CN 103418917 A”，發明名稱為“一種激光與熔融金屬復合焊接板材的方法”的發明專利公開了一種激光與熔融金屬復合焊接板材的方法，解決了激光焊接中厚板過程中焊縫塌陷和下掉的問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題：需要對第一母材和第二母材開設坡口，生產效率低。

在2014年08月13日公開的，公開號為“CN 103978309 A”，發明名稱為“實現金屬薄板單面焊接雙面成形的高效激光深熔焊方法”的發明專利公開了一種實現金屬薄板單面焊接雙面成形的高效激光深熔焊方法，解決了激光束從小孔溢出導致激光能量損失的問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題：在焊縫接頭背面增設反射墊板使得穿透焊接變為未熔透焊接，焊接小孔為盲孔，此時焊接穩定性沒有完全穿透好。

發明內容

本發明的目的是為解決目前高功率激光深熔焊接中厚板過程中，焊接穩定性差，小孔穿透時激光功率浪費等問題，提供一種焊接穩定性好、激光利用率高的激光穿透焊接板材方法。

本發明的技術方案是提供一種激光穿透焊接板材的方法，包括如下步驟。

步驟1，提供母材并使其定位。