[發明專利]一種激光焊接焊縫背面駝峰缺陷抑制方法及裝置

有效

• 申請號: 202010591638.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111872551B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 張熊;王春明;米高陽;蔣平;邵新宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/14;B23K26/70
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發明屬于焊縫缺陷抑制領域，并具體公開了一種激光焊接焊縫背面駝峰缺陷抑制方法及裝置，包括如下步驟：激光焊接時，在熔池上方外加橫吹氣流，使熔池上方和下方因伯努利效應形成壓強差，產生的差壓力作用于熔池，抑制熔池向焊縫背面的流動，進而抑制焊縫背面駝峰缺陷的產生。實現該方法的裝置包括氣流噴嘴，氣流噴嘴上部和下部分別設置有一個調節片，通過調整上部和下部調節片間的距離，實現對氣流加載位置和速度的有效控制。本發明無需真空和電磁等輔助環境和設備，僅依靠在熔池上方外加橫吹氣流即可達到改善熔池受力狀態和流動行為、抑制駝峰缺陷產生的目的，為激光焊接駝峰缺陷的抑制提供一種簡單實用的方法，可適應工業生產的實際需求。

技術領域

本發明屬于焊縫缺陷抑制領域，更具體地，涉及一種激光焊接焊縫背面駝峰缺陷抑制方法及裝置。

背景技術

焊縫背面駝峰缺陷是激光焊接過程中的常見缺陷，焊縫背面駝峰缺陷指激光焊接焊縫背面成形不均勻，出現間歇性下塌，焊縫背面成形呈駝峰狀。在駝峰缺陷形成的同時，由于熔化金屬在駝峰處的聚集，還會導致焊縫下凹、咬邊及未熔合等缺陷的產生，嚴重影響接頭的性能和壽命，激光焊接的駝峰缺陷已成為限制其應用的重要工藝障礙。

駝峰缺陷的產生與熔池的受力狀態和流動行為密切相關。在激光焊接過程中，由于存在激光熱作用造成的材料熔化、氣化及等離子體化等物理過程，導致熔池受到重力、熔體流動沖擊力、羽輝噴發反作用力及表面張力等多種力的動態作用，其中，熔池重力、熔體流動沖擊力和羽輝噴發反作用力等力的作用會促進熔化金屬向焊縫背面流動，而熔池背面的表面張力則會阻礙熔化金屬向焊縫背面流動，而當熔池背面的表面張力不足以持續平衡熔池重力、熔體流動沖擊力及羽輝噴發反作用力等力的作用時，就會間歇性地產生熔化金屬向焊縫背面流動并聚集凝固的現象，導致駝峰缺陷的形成。

因此，如何有效調控焊接過程熔池的受力狀態和流動行為是駝峰缺陷抑制的關鍵。目前，現有的駝峰缺陷抑制方法主要包括真空輔助焊接法和電磁輔助焊接法：真空輔助焊接法即在真空環境下進行激光焊接，該條件下一方面熔池的重力顯著減小，另一方面光致羽輝的數量大幅降低使得其對熔池的反作用力也顯著減小，上述兩方面因素的共同作用抑制了熔池向焊縫背面的流動，進而抑制駝峰缺陷的產生；電磁輔助焊接法通過對待焊工件通電并外加磁場形成作用于熔池的洛倫茲力，補償熔池背面表面張力的不足，維持熔池的受力平衡，抑制熔池向焊縫背面的流動，進而抑制駝峰缺陷的產生。

但是真空輔助焊接法需要真空環境才能實現駝峰缺陷的抑制，導致其焊件結構和尺寸受真空室環境限制、成本較高，難以滿足工業生產的實際需求；電磁輔助焊接法需要在外加電場和磁場環境的協同作用下才能實現駝峰缺陷的抑制，其工藝與設備復雜、電磁輸出穩定性控制困難，亦難以滿足工業生產的實際需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種激光焊接焊縫背面駝峰缺陷抑制方法及裝置，其目的在于，通過外加橫吹氣流抑制駝峰缺陷的新方法，無需真空和電磁等輔助環境和設備，僅依靠在熔池上方外加橫吹氣流即可達到改善熔池受力狀態和流動行為、抑制駝峰缺陷產生的目的，為激光焊接駝峰缺陷的抑制提供一種簡單實用的新方法，可適應工業生產的實際需求。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提出了一種激光焊接焊縫背面駝峰缺陷抑制方法，包括如下步驟：

激光焊接時，在熔池上方外加橫吹氣流，使熔池上方和下方因伯努利效應形成壓強差，產生的差壓力作用于熔池，從而抑制熔池向焊縫背面的流動，進而抑制焊縫背面駝峰缺陷的產生。

作為進一步優選的，通過控制熔池上方橫吹氣流的作用位置和噴出速度，調整熔池上方與下方的壓強差。

作為進一步優選的，所述橫吹氣流方向與工件焊接面平行，橫吹氣流的噴出速度不大于150m/s。

作為進一步優選的，所述橫吹氣流采用壓縮空氣、氦氣或氬氣。