[發明專利]一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法及系統

在審

• 申請號: 202210291979.7
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114589403A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳曦;姜夢;姜楠;何崇文;李方志;陳源;陳彥賓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大焊接科技有限公司
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/122;B23K26/70
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 任苗苗

1.一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1對待焊接工件表面進行預處理，然后將預處理后的工件放置在工作臺上，同時工件與工作臺之間設置有隨形冷凝板；

S2根據工件的材料以及工件的厚度設置焊接工藝參數，同時設置隨形冷凝板的工作參數；

S3在焊接用的激光頭上集成超聲發生裝置，且所述激光頭與超聲發生裝置間隔布置；

S4提供焊接過程中的真空環境，根據設定的焊接工藝參數，在真空環境中對工件進行焊接，所述激光頭按照預設的路徑和速度運動，所述隨形冷凝板工作，同時開啟超聲發生裝置，對工件的焊縫進行超聲振動；

S5待工件焊接完成且所有焊縫經超聲振動后，將工件進行指定溫度的再結晶退火。

2.根據權利要求1所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，步驟S2中，所述焊接工藝參數包括真空壓強、激光功率、焊接速度以及離焦量，其中，

所述真空壓強為100～10000Pa，所述激光器的激光功率為3500～5500W，所述焊接速度為0.3～1.8m/min，所述離焦量為-10～10mm。

3.根據權利要求1所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，步驟S2中，所述隨形冷凝板的工作溫度范圍為-50℃～20℃，其冷卻液的流速根據所述工件溫度以及隨形冷凝板的溫度進行自適應調整。

4.根據權利要求1所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，步驟S3中，所述激光頭按照擺動行走路徑進行焊接，由激光頭內部振鏡擺動實現，以將所述激光頭輸出的光斑轉化為擺動光斑，所述擺動光斑運動的軌跡一般為直線、圓形、8字形、∞形、方形或三角形中的一種或幾種，特殊圖形可利用編程控制激光頭內部振鏡擺動實現。

5.根據權利要求4所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，所述擺動光斑的擺動幅度為0.4～10mm，通過控制激光頭內部振鏡在X、Y軸的協同高速運動實現。

6.根據權利要求1-5任一項所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，步驟S5中，將工件放入熱處理爐中進行550～750℃再結晶退火。

7.根據權利要求1-5任一項所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，步驟S2中，所述工件的最大厚度由激光頭功率上限決定，不超過200mm。

8.根據權利要求1-5任一項所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，其特征在于，所述預處理包括：將工件待焊部位正反兩面加工平整，并對待焊部位表面進行打磨、酸洗或激光清洗。

9.一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接系統，其特征在于，包括：

焊前預處理機構，對待焊接工件表面進行預處理；

焊接工裝，用于將經預處理的工件置于真空艙內焊接工作臺上；

隨形冷凝板，設于所述焊接工裝與工件之間，用于對工件的焊縫進行實時冷卻；

擺動激光路徑規劃機構，用于根據實際情況可將激光頭置于真空艙內，將擺動激光光斑形狀調整到需要的形狀，將光斑對準起焊點，通過行走機構或焊縫跟蹤裝置確定光斑行走路徑覆蓋整個焊縫間隙；

激光擺動焊接參數控制模塊，用于根據實際焊接需求設置相應的焊接工藝參數如焊接速度、焊接功率、離焦量，同時根據焊縫性能要求以及焊接間隙適應性調節擺動參數如激光擺動模式、擺動頻率、擺動幅度，對焊接過程中激光能量分布進行優化調控直至完成焊接；

激光焊接機構，包括激光頭，該激光頭與所述激光擺動焊接參數控制模塊和擺動激光路徑規劃機構通信連接，用于對工件進行真空激光焊接；

超聲發生裝置，與所述激光頭間隔布置，用于對工件的焊縫進行超聲振動；

再結晶退火機構，用于在待工件焊接完成且所有焊縫經超聲振動后，將工件進行指定溫度的再結晶退火。

10.根據權利要求9所述的一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接系統，其特征在于，所述隨形冷凝板的工作溫度范圍為-50℃～20℃。