[发明专利]一种双激光束复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光加工方法，具体是涉及一种双激光束复合焊接方法。

背景技术

激光焊接是一种先进的焊接方法，具有单道焊接熔深大、焊接速度快、焊接变形小等优点，因此焊接质量比传统焊接方法高，在工业生产中获得了广泛的应用。但是，激光焊接也存在着一些缺陷，如激光光束聚焦后的光斑很小，在焊接过程中形成的熔池较小，这就要求焊接母材之间的间隙要足够小，一般而言，焊接母材之间的间隙不能大于聚焦光斑直径的1/2，这对焊件装配条件（间隙、错边、不等厚度等）提出很高的要求，增加生产成本。而且在焊接过程中，对焦点波动、光束对中等影响因素的控制较为困难，使得焊缝易于产生气孔、裂纹缺陷等，这些缺点限制了其进一步的应用。为了弥补单纯激光焊接的不足，激光复合焊接技术日益得到重视与发展。

目前，激光复合焊接技术研究及应用较多的主要为激光-电弧复合焊接技术，该方法利用电弧对接头间隙不敏感的特点以及电弧熔池较强的桥接能力，来改变激光焊接对工件装配的高要求。国内外的学者提出了多种激光-电弧的复合焊接方式，包括激光-TIG、激光-MIG、激光-等离子等，部分技术在生产中获得了应用。但是，由于电弧的引入加了焊接的热输入，从而使焊接热影响区和热变形增大。

随着激光器制造技术的发展，激光器输出功率大幅度增加，且能够按一定的能量比例同时输出两束激光。而且，激光传输方式的发展也使得激光焊接方式呈现多样化，如大功率激光光纤传输技术、振镜扫描传输技术的发展，使得激光焊接更容易实现柔性化加工。通过振镜扫描进行光束传输，产生了激光扫描焊接技术，激光束能够快速、精确到达指定位置，而且不需要摆动准直或聚焦单元，依靠振镜就可以快速、精确地偏转光束，同时，快速扫描能够降低热输入，减小焊接变形。为了充分体现激光焊接热影响区小、焊接变形小等特点，同时又能够满足常规的接头间隙装配条件，本发明将两束激光束进行复合焊接，即采用两束激光在工件表面形成共熔池焊接，减小接头间隙对激光焊接的限制，同时依靠快速扫描的激光搅拌熔池，减小接头气孔。

发明内容

本发明的目的是针对激光焊接对焊件装配条件（间隙、错边、不等厚度等）的高要求，对焦点波动、光束对中难以控制的问题，提供一种既能充分体现激光焊接热影响区小、焊接变形小等特点，又能满足常规的接头间隙装配条件的双激光束复合焊接方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的双激光束复合焊接方法，其特点是包括以下步骤：

1）由两台激光器输出两束激光，根据待焊工件的规格，设定两束激光束的功率、空间位置，焊接过程中，通过两条独立的光纤传输；

2）两束激光束按作用分为焊接光束和扫描光束，从光纤传输后，焊接光束经过准直聚焦于待焊工件表面，扫描光束在经过准直聚集后通过振镜传输到焊缝表面，两束激光在焊缝表面形成共熔池焊接；

3）在复合焊接过程中，焊接光束与扫描光束随着机械臂或行走机构的运动而移动，同时扫描光束依据设定的扫描路径，在焊缝两侧高速来回扫描，在扫描过程中对熔池进行搅拌，同时改善焊缝两侧之间的连接。

其中，在焊接过程中，焊接光束主要用于熔化母材，达到深熔焊的效果；扫描光束主要用于搅拌熔池，同时也为熔化母材提供热量。

而且，两束激光聚焦后是同时作用于待焊工件，形成共熔池焊接，并通过扫描光束来回扫描搅拌，增强熔池流动使得气体容易逸出，消除气孔，从而能够消除单激光束焊接产生的未熔合、气孔等问题。

并且，采用的两台激光器为能够进行光纤传输的碟片、光纤或Nd：YAG激光器。扫描光束的扫描间距为0-2mm，扫描速度为0-1000mm/s。在焊接过程中，焊接光束与扫描光束的功率比值为2：1，且焊接光束与扫描光束扫描形成的平面夹角为15°-60°。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明采用两束激光进行复合焊接，合理利用两束激光的能量来实现高质量的复合焊接，在保证焊接熔深的同时，又能够消除未熔合、气孔等缺陷；

2、本发明通过扫描激光束，降低了激光焊接对接头间隙的敏感性，增大了激光焊接的适应性；

3、本发明具有适用范围广的特点，能够针对不同的材料进行焊接，包括碳钢、不锈钢、铝合金等。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1 为本发明双激光束复合焊接示意图。

图2 为本发明扫描光束轨迹示意图。