[發明專利]一種減少激光焊接氣孔的方法

在審

• 申請號: 201710588858.8
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107186339A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;陳兵
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: B23K26/14
• 分類號: B23K26/14;B23K26/21;B23K26/60
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技術領域

本發明涉及激光焊接技術領域，具特別是涉及一種減少激光焊接氣孔的方法。

背景技術

激光焊接是以激光作為焊接熱源，是一種高能量密度的熱源。在焊接時，激光器能把能量密度很大的激光束聚焦在很小的區域上，因此，在相同的試板厚度時，激光焊接較其他焊接方法焊接效率高，熱輸入相對小，熱影響區很小，焊縫成形質量好。按照激光實際作用在工件上的功率密度或激光焊接后所形成的焊縫特點，可以將激光焊接分為熱傳導焊接和深熔焊接兩類，往往按照焊接時的激光功率密度的不同來區分，激光功率密度較小(一般小于106W/cm2)時稱為熱傳導激光焊，激光功率密度較大(一般大于106W/cm2)時稱為激光深熔焊接。

激光熱傳導焊接時，光束不能直接將焊縫金屬全部熔化，表面金屬吸收激光后將光能轉化為熱能，然后將熱量傳遞給下一層金屬，逐步擴大熔化區，直到全部熔化。這種激光焊接方式形成的熔深較淺，焊縫熔池多為半球形，因此適用于焊接一些厚度較小的金屬零件。激光深熔焊接時，激光的功率密度很大，材料表面的溫度特別高，可大于材料的沸點，材料熔化并汽化，汽化的金屬蒸汽會迅速離開熔池，出現小孔現象，這是激光深熔焊接的重要特征。激光束直接作用在小孔內時，激光的吸收率會大大提高，焊接效率也會大大增大。激光深熔焊接另一個重要現象是焊接過程中容易出現激光等離子體，等離子體會屏蔽激光，減小激光的實際作用功率，有時甚至會中斷激光焊接過程。激光深熔焊接適于焊接厚度大的工件。

目前金屬的焊接方法主要集中在鎢極氬弧焊(簡稱TIG焊)和熔化極氣體保護焊(簡稱MIG或MAG焊)，如專利 CN201310365187.0、CN200910064125.X、CN200810068867.5等，但這些方法生產效率較低，焊縫成形不穩定，而且容易出現氣孔。激光焊接技術作為一種新興技術，由于其生產效率高、工件變形小、焊接精度高等優勢使得其被廣泛的應用，但是在焊接金屬方面，焊縫中存在明顯的氣孔缺陷，氣孔率大概為8～10％左右，并且焊縫表面成形粗糙不規則，嚴重的影響其結構件的力學性能和氣密性。這是因為金屬對激光的高反射率和高導電性等特殊的物理性能，導致誘導出激光焊接過程中穩定的小孔需要更高的能量密度閾值，因而激光焊接時小孔的不穩定容易造成氣孔的生成；同時金屬中氫的溶解度存在明顯的突變，氫在金屬中的溶解度隨溫度的下降而降低，到金屬的凝固點時，溶解度由凝固前的0.75mL/100g，迅速降到0.035mL/100g，前后相差20倍，同時激光焊接的高的能量密度使金屬的熔池的冷卻速度極大，熔池中的氫來不及逸出，殘留在焊縫中形成氣孔。金屬激光焊接過程中產生的氣孔缺陷很大程度上制約了其在工業中的廣泛應用。

在消除激光焊接金屬焊縫氣孔缺陷的問題上，國內外專家學者采用了很多的方法，比如說雙焦點激光焊接、激光-電弧復合焊接等都在一定程度上降低了金屬焊縫中的氣孔率，其中以激光-電弧復合焊接鋁合金方法應用最多和效果最好，如專利 CN201320195625.9、CN200910093745.6等，從不同的方面提出來減少鋁合金焊接氣孔的方法，這些方法確實能夠使氣孔率有所降低，使其達到4～6％，而且能夠改善焊縫表面成形。但是，尤其是金屬結構件在航空航天領域中應用較多，而航空航天領域對焊縫質量要求極高，對金屬焊接氣孔零容忍態度，因為存在氣孔的鋁合金焊縫可能會引發不堪設想的后果。

發明內容

針對現有激光焊接金屬技術中金屬在焊接時，焊接部位存在氣孔的缺陷，本發明的目的是提供減少激光焊接氣孔的方法，他能夠使金屬焊接時的氣孔率降低到零，得到零氣孔率的金屬焊接件。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種減少激光焊接氣孔的方法，包括以下步驟：

（1）將兩塊金屬待焊接件水平對接放置，組成待焊件；

（2）將金屬待焊件在兩端夾緊固定，使兩塊金屬板對接面的間隙小于0.1mm；

（3）采用激光束對金屬待焊件進行預熱；

（4）啟動控制開關，通入保護氣，再引燃電弧1~2s后，發射激光，將激光器A、激光器B發出的激光匯合成一束激光束，使噴射丙酮的高壓氣槍與激光器A、激光器B一起移動；

其中高壓氣槍首先對金屬待焊件進行清洗，然后激光器A、激光器B發射出的復合激光再對金屬待焊件進行焊接。