[發(fā)明專利]一種基于激光超聲的雙光束激光焊接方法

有效

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• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109702324B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 羅怡;蔡玉華;張成洋;張福源;陽樹青;彭沛森;張榮;陶堂金
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/21
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發(fā)明公開了一種基于激光超聲的雙光束激光焊接方法，其包括如下步驟：1）調整主熱源激光和脈沖振蕩激光的相對位置，使得脈沖振蕩激光束能量作用于熔池尾部區(qū)域；2）設定主熱源激光束與脈沖振蕩激光束能量的協(xié)同工作模式；3）設定脈沖振蕩激光束作用模式；4）啟動焊接程序，熱源激光器和脈沖振蕩激光器工作，出射主熱源激光束和特定參數的脈沖振蕩激光束，開始焊接；5）焊接結束時，先關停脈沖振蕩激光束出射，再關停主熱源激光束，延遲停止保護氣，結束全部焊接流程。其能夠通過脈沖振蕩激光束激勵產生熔池超聲能場，從而提高焊縫的結構致密度，提高熔池中的異質形核率，促進均勻形核，使熔池凝固過程晶粒生長得以顯著細化。

技術領域

本發(fā)明涉及先進焊接制造，具體涉及一種基于激光超聲的雙光束激光焊接方法。

背景技術

隨著科技的高速發(fā)展，焊接制造對生產效率、制造精度和制造質量提出了越來越高的要求。同時，高效率、低能耗的現代制造技術已經成為制造領域一個重要的發(fā)展方向。激光焊接是一種高效精密焊接方法，作為精密焊接廣泛應用于航空航天、汽車、機械制造等工業(yè)生產制造的各行各業(yè)。

激光焊優(yōu)點是不需要在真空中進行，激光能量精確可控，既可以實現精密微型器件的焊接，也可以適用于大型構件高效焊接制造；熱輸入低，熱變形小，焊接區(qū)域熱影響區(qū)窄；能應用于多種金屬材料，特別是能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接。缺點則是應用于焊接制造的激光束穿透力不如電子束強，且焊接高反射率金屬材料時光束作用吸收率低，容易影響焊接質量。

激光焊接技術具有生產效率高、熱輸入低、焊接質量可靠性高等優(yōu)點，但相對于固相焊接技術，如果熱輸入或焊接工藝控制不當，激光焊等熔化焊接生產制造方法容易出現氣孔缺陷，容易造成焊縫結構內部組織晶粒粗大。用于激光焊接的激光器包括連續(xù)激光器和脈沖激光器兩大類別。近年，大功率連續(xù)激光器已在生產制造中大量應用，顯示出突出的技術優(yōu)勢。而脈沖激光熱源具有單脈沖功率高、平均熱輸入低、能量密度大等特點。將這兩種激光熱源結合用于焊接制造，為實現降低制造成本、提升制造效率、保證制造質量帶來了新的可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于激光超聲的雙光束激光焊接方法，其能夠提高焊縫結構致密度，提高熔池中的異質形核率，促進均勻形核，使熔池凝固過程晶粒生長得以顯著細化，實現不銹鋼、鋁合金、鈦合金等金屬材料結構的激光焊接制造。

本發(fā)明所述的基于激光超聲的雙光束激光焊接方法，所述方法采用脈沖振蕩激光束輔助主熱源激光束組成的雙激光束熔化待焊接工件形成熔池，并高頻振蕩激光熔池，激勵產生熔池超聲能場，從而形成致密且細晶的焊縫組織結構，其包括如下步驟：

1）調整主熱源激光和脈沖振蕩激光的相對位置，使得兩者的出射激光束位于同一平面或同軸；

2）設定主熱源激光束與脈沖振蕩激光束能量的協(xié)同工作模式：

當主熱源激光為非脈沖模式時，脈沖振蕩激光脈沖能量與主熱源激光能量為任意匹配；

當主熱源激光為脈沖模式時，脈沖振蕩激光脈沖與主熱源激光脈沖的能量匹配包括：

當主熱源激光脈沖與脈沖振蕩激光脈沖為同步脈沖，在一個能量匹配周期內，脈沖能量匹配為峰值-峰值匹配；需要說明的是，所述峰值-峰值匹配指的是：在同一能量匹配周期內，當脈沖振蕩激光脈沖為峰值時，主熱源激光脈沖也為峰值；

當主熱源激光脈沖與脈沖振蕩激光脈沖為異步脈沖，脈沖振蕩激光脈沖頻率至少2倍于主熱源激光脈沖頻率，在一個能量匹配周期內，至少包括一個脈沖能量匹配為峰值-峰值匹配，其余脈沖能量匹配為峰值-基值匹配；所述的峰值-基值匹配指的是：在同一能量匹配周期內，當脈沖振蕩激光脈沖為峰值時，主熱源激光脈沖為基值；

3）設定脈沖振蕩激光束作用模式為定點掃描，脈沖振蕩激光束定點作用于熔池區(qū)域，脈沖振蕩光束的運動速率與主熱源激光束運動速率相同；