[发明专利]一种焦点控制激光焊接方法

说明书

一种焦点控制激光焊接方法，焊接过程中激光束的焦点相对于焊接工件进行横向摆动的同时进行垂直振动，振动频率为100～500Hz，振幅小于焊接工件厚度的0.3倍，摆动频率为10～500Hz，摆动幅度为0～1.5mm。本发明由于采用了焦点在焊接过程中横向摆动的同时垂直振动的激光焊接方法，通过调整垂直振动和横向摆动的幅度和频率，有效地实现了补偿工件尺寸公差，提高对接头间隙容忍性，增加焊缝的熔深的目的，并降低了焊接过程所需功率。

技术领域

本发明涉及一种金属材料工件的激光焊接方法，具体是涉及一种可应用于焊接纵向焊接管道、铁路客车、海上船舶等领域的焦点控制激光焊接方法。

背景技术

激光焊接具有能量密度高，焊接速度快，焊缝深宽比大，接头性能好，焊接结构变形小等突出优点。随着工业激光器发展，特别是大功率光纤激光器的应用，使得激光焊接技术也得到了越来越广泛的应用。但是，激光焊接对工件装配精度要求极高，当装配精度达不到要求，导致工件之间间隙过大，激光会直接从间隙穿过，导致焊接不良缺陷，目前主要是采用增大光斑直径或者采用双光束方法来解决这个问题，然而增大光斑直径达到同样熔深，需要提高相应激光功率，导致设备成本高，而双光束激光焊接能改善激光焊接过程的稳定性及减少焊接气孔，但激光能量密度降低，降低了其焊接熔深。研究表明光束摆动也可以用来提高对工件间隙容忍性，摆动焊接可以对熔池起到搅拌作用，有利于熔池中气泡的逸出，因而焊缝中的气孔减少，但与双光束激光焊接类似，通过光束旋转或摆动的激光焊接方法获得的焊缝熔深也有明显的减小。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种既能提高对接头间隙容忍性，又能提高激光焊接接头熔深，并能降低焊接过程所需功率的焦点控制激光焊接方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的焦点控制激光焊接方法，其特点是：焊接过程中激光束的焦点相对于焊接工件进行横向摆动的同时进行垂直振动，振动频率为100～500Hz，振幅小于焊接工件厚度的0.3倍，摆动频率为10～500Hz，摆动幅度为0～1.5mm。

其中，上述激光束的焦点平衡位置的离焦量为焊接工件厚度的（-0.2）～(-0.3)倍。

上述激光束由功率最高为10kW的激光器产生。

上述激光器为连续或脉冲的碟片、光纤、CO₂或Nd:YAG激光器。

焊接过程中采用的焊丝直径为0.8～1.6mm。

焊接过程中采用的焊接保护气体为CO₂或Ar或CO₂与Ar的混合气。

上述激光束通过聚焦凸镜聚焦，所述聚焦凸镜位于对称设置的二个外壳之间，且其中一个外壳上设置有滑块一，另一个外壳上设置有滑块二，焊接过程中所述滑块一和滑块二在电气控制系统的控制下带动聚焦凸镜作垂直往复运动而实现焦点的垂直振动。

上述聚焦凸镜安装在一环形壳体内，所述环形壳体位于滑块一与滑块二之间并通过其上设置的转轴与滑块一和滑块二可转动连接，且所述环形壳体上设置有制动器和弹片，所述环形壳体的旁边设置有动铁芯，所述动铁芯上绕置有线圈，焊接过程中由电气控制系统控制圈线的通断电而使动铁芯作上下运动，所述弹片在动铁芯的上下运动作用下驱使环形壳体带动其上的聚焦凸镜一起绕转轴摆动而实现焦点的横向摆动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明由于采用了焦点在焊接过程中横向摆动的同时垂直振动的激光焊接方法，通过调整垂直振动和横向摆动的幅度和频率，有效地实现了补偿工件尺寸公差，提高对接头间隙容忍性，增加焊缝的熔深的目的，并降低了焊接过程所需功率。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明