[发明专利]一种激光与熔融金属复合焊接板材的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种激光焊接方法，尤其涉及一种激光与熔融金属复合焊接板材的方法。

背景发明

对于厚度超过20mm或30mm板材进行平焊接头时，目前通常采用电弧焊接、电子束焊接、激光焊接等。

当采用传统的电弧焊接方法时，焊接工件需要开设坡口，并进行多层多道施焊，焊接效率低，焊工劳动强度大，且焊后变形大，需要后续机加工；采用电子束焊接方法时，需要真空气氛，局限于结构较小的试件焊接。

随着近来超高功率高亮度激光的研制成功，使得采用激光单道焊接厚板成为可能。激光深熔焊接类似于电子束焊接，可以获得大深宽比的焊缝。然而单纯的激光焊接（激光自熔焊接）大厚度平焊接头，易产生塌陷和下掉等缺陷，“PA position full penetration high power laser beam welding of up to30mm thick AlMg3plates using electromagnetic weld pool support”，science and technology of welding and joining2012(17)，（“采用电磁熔池辅助系统高功率激光穿透焊接水平位置30mm厚AlMg3板”，《焊接与连接科学技术》2012（17））文中指出在平焊厚板试件下方设置电磁场，产生向上的洛伦兹力来克服重力，进而抑制重力作用下的熔池下掉。然而熔池重力对熔池塌陷和下掉只是一个较小的影响因素。

在2011年12月12日申请的，申请号为“201110410448.7”，发明名称为“大型罐体单面焊接双面成型方法及焊缝成型衬垫”的发明专利公开了一种大型罐体衬垫焊方法及衬垫，其解决了大型罐体单面焊接双面成型的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：为了获得较好的成形，必须在衬垫上开始足够大的焊缝成形槽，从而底部焊缝很宽。

在2012年10月3日公开的，公开号为“CN102019481B”，发明名称为“一种高强度船体结构用钢平对接焊焊接工艺方法”的发明专利公开了一种平对接焊工艺方法，其解决了高强度船体结构用钢平对接焊焊接坡口、焊前预热、施焊温度、焊接顺序、焊接规范参数、焊后冷处理的工艺规范，但是该技术方案仍旧存在以下问题：需要开设双V形坡口，生产效率低，生产实际中难以严格控制道间温度。

1984年12月27日公开的，公开号为“JP59-232690A”，发明名称为“熔接方法”的发明专利公开了一种圆形零件的焊接方法，具体地，外侧采用激光焊接，焊缝熔深距试件下表面2mm，内侧采用TIG电弧焊接，电弧焊接焊缝与激光焊缝搭接约1mm。其解决了圆形零件单面焊接底部易凸起或欠熔透，需要后续处理的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：电弧焊接热输入量较大，激光焊缝底部会再次加热熔化，产生组织变化，影响焊缝性能且生产效率低。

1995年8月15日公开的，公开号为“JP07-214316A”，发明名称为“片面自動熔接方法及装置”的发明专利公开了一种单面自动焊接方法和装置，其解决了从背面实时获取焊缝底部成形，通过图像处理反馈控制焊接参数来获得没有塌陷的稳定熔透焊缝，但是该技术方案仍旧存在以下问题：该方法只能使用于薄板焊接和传统弧焊方法，对于激光焊接厚板由于熔池内部流动和巨大熔池自重的影响难以通过简单的工艺参数调整而实时消除塌陷缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决目前超高功率激光（>15kW）自熔焊接大厚度板（>20mm）平焊接头，深熔穿透焊接成形过程中，出现的塌陷和下掉等焊接缺陷。

本发明的技术方案是提供一种激光与熔融金属复合焊接板材的方法，其特征在于：

步骤1：第一母材和第二母材加工形成坡口的对接端面和坡口面，除去第一母材和第二母材上下表面、坡口对接面和坡口面上杂质；

步骤2：将除去氧化膜的金属固体装入金属熔融装置中，然后在惰性保护气体保护下，将加入的除去氧化膜的金属固体加热成为熔融金属液；

步骤3：熔融金属液从金属熔融装置中经喷枪喷射到底部坡口中，喷枪与工件下表面所成角度α为15°～60°，移动速度为0.5m/min～10m/min；

步骤4：在喷枪启动喷射后，激光束垂直辐射工件上表面，激光束聚焦光斑大小平均分布在第一母材和第二母材上，激光束与喷枪同步移动，完成焊接过程。

进一步地，在步骤3中，喷枪与第一母材或第二母材下表面所成角度α为15°～60°，移动速度为0.5m/min～10m/min。