[发明专利]一种基于激光超声的双光束激光焊接方法

说明书

本发明公开了一种基于激光超声的双光束激光焊接方法，其包括如下步骤：1）调整主热源激光和脉冲振荡激光的相对位置，使得脉冲振荡激光束能量作用于熔池尾部区域；2）设定主热源激光束与脉冲振荡激光束能量的协同工作模式；3）设定脉冲振荡激光束作用模式；4）启动焊接程序，热源激光器和脉冲振荡激光器工作，出射主热源激光束和特定参数的脉冲振荡激光束，开始焊接；5）焊接结束时，先关停脉冲振荡激光束出射，再关停主热源激光束，延迟停止保护气，结束全部焊接流程。其能够通过脉冲振荡激光束激励产生熔池超声能场，从而提高焊缝的结构致密度，提高熔池中的异质形核率，促进均匀形核，使熔池凝固过程晶粒生长得以显著细化。

技术领域

本发明涉及先进焊接制造，具体涉及一种基于激光超声的双光束激光焊接方法。

背景技术

随着科技的高速发展，焊接制造对生产效率、制造精度和制造质量提出了越来越高的要求。同时，高效率、低能耗的现代制造技术已经成为制造领域一个重要的发展方向。激光焊接是一种高效精密焊接方法，作为精密焊接广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等工业生产制造的各行各业。

激光焊优点是不需要在真空中进行，激光能量精确可控，既可以实现精密微型器件的焊接，也可以适用于大型构件高效焊接制造；热输入低，热变形小，焊接区域热影响区窄；能应用于多种金属材料，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。缺点则是应用于焊接制造的激光束穿透力不如电子束强，且焊接高反射率金属材料时光束作用吸收率低，容易影响焊接质量。

激光焊接技术具有生产效率高、热输入低、焊接质量可靠性高等优点，但相对于固相焊接技术，如果热输入或焊接工艺控制不当，激光焊等熔化焊接生产制造方法容易出现气孔缺陷，容易造成焊缝结构内部组织晶粒粗大。用于激光焊接的激光器包括连续激光器和脉冲激光器两大类别。近年，大功率连续激光器已在生产制造中大量应用，显示出突出的技术优势。而脉冲激光热源具有单脉冲功率高、平均热输入低、能量密度大等特点。将这两种激光热源结合用于焊接制造，为实现降低制造成本、提升制造效率、保证制造质量带来了新的可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光超声的双光束激光焊接方法，其能够提高焊缝结构致密度，提高熔池中的异质形核率，促进均匀形核，使熔池凝固过程晶粒生长得以显著细化，实现不锈钢、铝合金、钛合金等金属材料结构的激光焊接制造。

本发明所述的基于激光超声的双光束激光焊接方法，所述方法采用脉冲振荡激光束辅助主热源激光束组成的双激光束熔化待焊接工件形成熔池，并高频振荡激光熔池，激励产生熔池超声能场，从而形成致密且细晶的焊缝组织结构，其包括如下步骤：

1）调整主热源激光和脉冲振荡激光的相对位置，使得两者的出射激光束位于同一平面或同轴；

2）设定主热源激光束与脉冲振荡激光束能量的协同工作模式：

当主热源激光为非脉冲模式时，脉冲振荡激光脉冲能量与主热源激光能量为任意匹配；

当主热源激光为脉冲模式时，脉冲振荡激光脉冲与主热源激光脉冲的能量匹配包括：

当主热源激光脉冲与脉冲振荡激光脉冲为同步脉冲，在一个能量匹配周期内，脉冲能量匹配为峰值-峰值匹配；需要说明的是，所述峰值-峰值匹配指的是：在同一能量匹配周期内，当脉冲振荡激光脉冲为峰值时，主热源激光脉冲也为峰值；

当主热源激光脉冲与脉冲振荡激光脉冲为异步脉冲，脉冲振荡激光脉冲频率至少2倍于主热源激光脉冲频率，在一个能量匹配周期内，至少包括一个脉冲能量匹配为峰值-峰值匹配，其余脉冲能量匹配为峰值-基值匹配；所述的峰值-基值匹配指的是：在同一能量匹配周期内，当脉冲振荡激光脉冲为峰值时，主热源激光脉冲为基值；

3）设定脉冲振荡激光束作用模式为定点扫描，脉冲振荡激光束定点作用于熔池区域，脉冲振荡光束的运动速率与主热源激光束运动速率相同；