[發明專利]一種激光焊接小孔深度增大方法

在審

• 申請號: 202010068450.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111230297A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 梅麗芳;嚴東兵;雷智欽;謝順
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 楊唯

本發明提供了一種激光焊接小孔深度增大方法，涉及激光焊接技術領域，該方法包括以下步驟：S1、預處理：對待焊工件進行表面處理，并涂覆活性劑溶液，靜置至溶劑揮發；其中，所述活性劑為極性金屬氧化物、鹵化物或稀土氧化物；S2、制備待焊試樣；S3、控制焊接參數進行激光焊接：激光功率P＝1～10Kw、焊接速度v＝1～50mm/s、離焦量＝?5～5mm。本發明無需采用輔助光源或熱源，減少對輔助設備的使用，顯著降低成本；通過在待焊工件表面涂覆活性劑溶液可大幅度增大焊接小孔深度、改善小孔形狀、增強小孔穩定性。

技術領域

本發明涉及激光焊接技術領域，具體而言，涉及一種激光焊接小孔深度增大方法。

背景技術

激光焊接因其具有能量密度高、焊接速度快、熱輸入小、熔池流動能力強等優點，已逐步被應用于金屬厚板的焊接。高功率激光作用下材料表面局部劇烈蒸發汽化，蒸發汽化壓力將熔融金屬排開形成小孔。與薄板焊接相比，實現厚板焊接所需要的激光功率密度更高，其誘發激光等離子體能力更強，金屬蒸氣的反沖驅動力更大，形成的激光小孔深度需更大，小孔穩定性也更差，更容易產生氣孔、裂紋和塌陷等缺陷。焊接小孔深度的增大、形狀的改善及穩定性的提高一直是高功率激光焊接厚板的難題，嚴重影響接頭質量。

如圖6所示，目前用于激光焊接小孔深度增大的方法主要有：

(1)雙/多光束焊接法，其基本方法是同時將兩臺或兩臺以上的激光器輸出的光束，采用以前后排列、平行排列或上下排列的形式實施焊接。通過將激光束入射到由另一激光束產生的小孔開口來深熔焊接工件，或者將來自不同激光源或相同激光源的激光束疊加并且在工件的不同深度處聚焦，或者兩束激光在時間上交替地照射工件等方法來實現增大焊接小孔深度。然而該方法需要增加額外的激光光源發生器及光束光路分光裝置，還需要精確控制激光焦點位置、輻照時間等工藝參數的設置，特別是激光焦點位置很難實現精確定位。

(2)激光復合焊法，如激光-電弧復合焊。將激光與電弧熱源復合，電弧對等離子體有稀釋作用，可減少對激光的屏蔽效應，同時激光對電弧有引導和聚焦作用，使焊接過程小孔深度增大，穩定性提高。但也需要增加額外的電弧發生器等相應配套裝置，焊接過程中需要控制激光能量與電弧熱量的比例，及研究他們與試樣的熱耦合關系。此外，此方法容易導致非對稱性熱源，焊接質量受焊接方向影響很大，難以用于曲線或三維焊接。

(3)通過改變保護氣體成分法，即采用惰性氣體和活性氣體的混合氣體作為保護氣體。通過調整保護氣體中的活性氣體的含量，增加激光小孔的深度，提高焊縫熔深。雖然通過調整保護氣體中的活性氣體的含量，含有O₂或CO₂的氣體會改變焊接過程中激光小孔內部壓力平衡，進而增加激光小孔的深度，提高焊縫熔深。但保護氣體是通過側吹噴嘴與焊接位置呈45°傾斜角送入，易導致孔內外壓力分布不均衡，使得焊接過程中的小孔形狀及熔池產生波動，易產生焊縫表面塌陷、飛濺等缺陷。同時，直接將O₂或CO₂的氣體送入焊接熔池，在焊縫中也極易產生氧氣孔及氧化物夾渣，進而影響焊接質量。

發明內容

本發明提供了一種激光焊接小孔深度增大方法，旨在改善現有的焊接方法需要額外配套裝置、不易控制的問題、易產生焊接缺陷等。

本發明是這樣實現的：

本發明提供了一種激光焊接小孔深度增大方法，包括以下步驟：

S1、預處理：對待焊工件進行表面處理，并涂覆活性劑溶液，靜置至溶劑揮發；其中，所述活性劑為極性金屬氧化物、鹵化物或稀土氧化物；

S2、制備待焊試樣；

S3、控制焊接參數進行激光焊接：激光功率P＝1～10Kw、焊接速度v＝1～50mm/s、離焦量＝-5～5mm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，在步驟S1中，對待焊工件進行表面處理具體包括：