[发明专利]一种真空环境摆动激光焊接方法及系统

说明书

本发明公开了一种真空环境摆动激光焊接方法，方法包括S100：将工件待焊部位进行打磨、酸洗或激光清洗焊前处理；S200：将焊前处理好的工件置于真空舱内焊接平台上固定；S300：将摆动激光光斑形状调整到需要的形状，将光斑对准起焊点，确定光斑行走路径覆盖整个焊缝间隙；S400：关闭真空舱门开始抽真空，向舱内输送干燥的高纯惰性气体；S500：根据实际焊接需求设置相应的焊接工艺参数如焊接速度、焊接功率、离焦量，同时根据焊缝性能要求以及焊接间隙适应性调节摆动参数如激光摆动模式、摆动频率、摆动幅度；S600：完成焊接过程后保持舱内压强一段时间。本发明通过高真空环境与摆动激光调谐能量场，具有更高的焊接质量和焊接稳定性。

技术领域

本发明属于真空激光焊接技术领域，更具体地，涉及一种真空环境摆 动激光焊接方法及系统。

背景技术

大厚度金属焊接在许多重要的工业领域，诸如航空航天、船舶舰艇、 轨道车辆等领域都有着十分重要的作用与迫切的需求。常用的大厚度金属 焊接工艺有多层多道电弧焊、搅拌摩擦焊、激光填丝焊以及电子束焊接。 电弧焊与激光填丝焊在焊接大厚度材料时使用多层多道工艺，因此生产效 率很难得到保证。搅拌摩擦焊与电子束焊接属于一次成形焊接，但是对于 复杂结构的焊接较难实现，并且成本较高。因此如何实现高效率、低成本、高质量的大厚度金属连接成为一直以来急需解决的难题。

激光作为高能束的一种，具有很强的穿透能力，理论上可以达到大厚 度焊接的要求，但是由于激光焊接过程中会产生大量等离子羽辉和金属蒸 汽影响材料对激光能量的吸收，并且高能束的不稳定吸收会产生剧烈的熔 池行为和不稳定的匙孔，导致焊接金属对激光的吸收效率低。剧烈的焊接 过程导致金属飞溅、内部气孔、表面凹陷以及背部焊瘤等缺陷频发，无法 满足大厚度高质量焊接需求。在薄板焊接中摆动激光焊接应用较为广泛，但是在由于摆动激光能量分布均匀,能量密度较低，因此无法实现大厚度金 属材料焊接。而真空环境可以倍增焊接深度，并加以摆动激光调控方式对 焊接过程中激光能量分布进行优化调控。在摆动过程中同步调控激光输出 功率大小，从而精确调控焊接能量分布，进而优化调控激光焊接成形与质 量，改善组织性能均匀性，提高激光焊接的适应性。专利文献CN201911286360.1公开了一种中厚板装甲钢激光摆动焊接方法，提出了利 用摆动激光的手段提高焊接质量的新方法，但是采用多层多道填丝焊接， 仍需要对母材开坡口并且无法满足对中厚板连接的一次成形，工艺较为复 杂。专利文献CN201210002191.6公开了一种真空激光焊接设备及方法，该 方法工艺手段描述过于简略，并且没有利用摆动激光调谐能场，无法保证 大厚度焊接接头在厚度方向上的组织均匀性与性能一致性，专利文献CN201911228472.1公开了一种真空激光焊接方法及装置，同样没有使用摆 动激光调谐能场。由于真空激光焊接接头深宽比较高，焊缝过窄，因此其 焊缝适应性较低。

发明内容

针对大厚度金属材料焊接效率低、缺陷多，摆动激光焊接穿透能力差， 真空激光焊接组织性能均匀性差、焊接适应性低等问题，本发明提供一种 真空环境摆动激光焊接方法及系统，通过高真空环境与摆动激光调谐能量 场，在摆动过程中同步调控激光输出功率大小，从而精确调控焊接能量分 布，进而优化调控激光焊接成形与质量，改善组织性能均匀性，相比于电 弧焊、激光填丝焊具有更高的效率，可以实现一次成形，并且具有更高的焊接质量，有效抑制羽辉、飞溅的产生，提高焊接稳定性，有效减少常见 的气孔、凹陷、背部焊瘤等缺陷。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种真空环境摆动 激光焊接方法，包括如下步骤：

S100：将工件待焊部位正反两面加工平整，并对待焊部位表面进行打 磨、酸洗或激光清洗焊前处理；

S200：将焊前处理好的工件置于真空舱内焊接平台上，焊接平台上设 置成型槽，成型槽应与焊缝间隙对齐，通过适合焊件结构、尺寸的工装夹 具固定；

S300：根据实际情况可将激光头置于真空舱内或置于真空舱外，将摆 动激光光斑形状调整到需要的形状，将光斑对准起焊点，通过行走机构或 焊缝跟踪装置确定光斑行走路径覆盖整个焊缝间隙；