專利名稱：一種多光束激光焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種多光束激光焊接方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)件之間的搭接焊常見于工程應(yīng)用中，例如航空、航天的蒙皮與骨架之間的連接。目前，蒙皮與骨架之間的連接一般采用鉚接或者電阻點(diǎn)焊。傳統(tǒng)的連接方法，不僅使得結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用激光焊接此類結(jié)構(gòu)時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性激光束無法直接穿透上、下兩層結(jié)構(gòu)焊縫根部留在材料內(nèi)部極易造成焊接缺陷，其接頭形式如圖1所示。利用激光焊接進(jìn)行搭接焊時(shí)，受制于結(jié)構(gòu)的限制激光不能或不允許從背面穿透，此時(shí)會(huì)在焊縫根部留下大量氣孔等缺陷，嚴(yán)重影響焊接的質(zhì)量。激光進(jìn)行焊接時(shí)會(huì)在熔池的中間形成一個(gè)匙孔，隨著熔池的冷卻焊縫成形。激光穿透焊時(shí)匙孔相對(duì)穩(wěn)定，焊縫中的氣孔可以從背面排出。但是采用激光進(jìn)行非穿透式搭接焊時(shí)，焊縫根部深入材料內(nèi)部匙孔下部為封閉狀態(tài)，氣孔無法從下部排出，焊縫根部極易出現(xiàn)大量缺陷。目前，利用激光進(jìn)行焊接時(shí)一般采用單光束激光焊接模式，這種方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)接接頭穿透焊時(shí)匙孔穩(wěn)定，能夠獲得高質(zhì)量焊縫。但是利用單光束進(jìn)行非穿透式焊接時(shí)其根部缺陷嚴(yán)重，焊縫根部出現(xiàn)連續(xù)的氣孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種多光束激光焊接方法，其目的是針對(duì)不同結(jié)構(gòu)件之間的激光搭接焊，提出一種多光束激光串行分布的焊接方法。該方法通過光束分布以及能量配比的優(yōu)化，有效的控制了激光非穿透式搭接焊時(shí)缺陷的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)件之間的高質(zhì)量搭接焊。該種方法適用于鈦合金、不銹鋼等不同結(jié)構(gòu)件之間的非穿透式搭接焊，對(duì)其它材料的搭接焊具有很好的參考價(jià)值、適用性廣。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的該種多光束激光焊接方法，該焊接方法采用激光束對(duì)同種金屬之間進(jìn)行非穿透式搭接焊接，其特征在于采用三束激光束作用于焊接區(qū)域(4)，三束激光束分別為第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)，三束激光束按順序處于同一條直線上，第一束激光(I)和第二束激光(2)的焦點(diǎn)之間的距離為0. 2 1mm，第二束激光(2)和第三束激光
(3)的焦點(diǎn)之間的距離為0. 5 3mm，焊接時(shí)三束激光束之間保持相對(duì)靜止，三個(gè)激光焦點(diǎn)之間的距離不變，第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)的能量分配為10 30%,40 80%，10 30%。采用傳統(tǒng)的激光進(jìn)行非穿透式搭接焊時(shí)，匙孔深入材料組織內(nèi)部，匙孔下部為封閉狀態(tài)，氣孔無法從下部排出，極易在焊縫根部出現(xiàn)大量氣孔等缺陷。采用三束串行激光進(jìn)行焊接，匙孔疊加后有利于氣孔的排出。同時(shí)，三束激光同時(shí)行進(jìn)對(duì)焊縫可以起到預(yù)熱、緩冷的作用，增大焊接熔深，防止裂紋的產(chǎn)生。
本發(fā)明技術(shù)方案提出了利用多光束激光串行分布的焊接模式，利用激光能量的多點(diǎn)分布，通過優(yōu)化多光束能量配比有效的控制了焊縫中氣孔、裂紋等缺陷的產(chǎn)生，提高了焊接質(zhì)量。氣孔缺陷個(gè)數(shù)減少到傳統(tǒng)激光焊接時(shí)的20%以下，氣孔尺寸顯著減小。


圖1為非穿透式搭接焊的示意2為本發(fā)明多光束激光焊接方法的示意3為采用本發(fā)明多光束激光焊接的實(shí)例的縫橫截面照片圖4為采用本發(fā)明多光束激光焊接的另一實(shí)例的縫橫截面照片圖5為本激光傳統(tǒng)焊接與本發(fā)明多光束激光焊接后的氣孔對(duì)比情況照片，其中，a為傳統(tǒng)方法的，b為本發(fā)明方法的。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述參見附圖2所示，該種多光束激光焊接方法采用激光束對(duì)同種金屬之間進(jìn)行非穿透式搭接焊接，其特征在于采用三束激光束作用于焊接區(qū)域4，波長(zhǎng)為1.06iim的三束激光束分別為第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3，三束激光束按順序處于同一條直線上，第一束激光I和第二束激光2的焦點(diǎn)之間的距離為0. 2 1mm，第二束激光2和第三束激光3的焦點(diǎn)之間的距離為0. 5 3mm，焊接時(shí)三束激光束之間保持相對(duì)靜止，三個(gè)激光焦點(diǎn)之間的距離不變，第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3的能量分配為10 30%，40 80%，10 30%。當(dāng)對(duì)軋制板材與鑄造組織的進(jìn)行激光搭接焊時(shí)，以2. Omm厚軋制TA15板材和IOmm厚鑄造TA15材料為母材，軋制板材與鑄造材料上、下疊加，第一束激光I和第二束激光2的焦點(diǎn)之間的距離為0. 5mm，第二束激光2和第三束激光3的焦點(diǎn)之間的距離為1. 2mm，第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3的能量分配分別為1000W 2000W IOOOff0附圖3為上述多光束焊接時(shí)的焊縫橫截面圖片，X光探傷表明，上述多光束焊接方法獲得的搭接焊縫內(nèi)部缺陷顯著減少，以IOOmm焊縫長(zhǎng)度計(jì)算，產(chǎn)生的氣孔個(gè)數(shù)減少到原來的25%左右，氣孔直徑顯著減小，且上下材料結(jié)合面處無裂紋產(chǎn)生。調(diào)整上述實(shí)例中三束激光之間的間距，第一束激光I和第二束激光2的焦點(diǎn)之間的距離為0. 8mm，第二束激光2和第三束激光3的焦點(diǎn)之間的距離為1. 8mm，第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3的能量分配分別為800W 2200W 800W。附圖4為調(diào)整后的多光束焊接時(shí)的焊縫橫截面圖片，X光探傷表明，調(diào)整后的多光束焊接方法獲得的搭接焊縫內(nèi)部缺陷顯著減少，以IOOmm焊縫長(zhǎng)度計(jì)算，產(chǎn)生的氣孔個(gè)數(shù)減少到原來的20%以下，氣孔直徑顯著減小，上下材料結(jié)合面處無裂紋產(chǎn)生。通過圖5的對(duì)比可以看出，本發(fā)明多光束焊接方法焊接后產(chǎn)生的氣孔明顯少于傳統(tǒng)焊接方式。本發(fā)明所述焊接方法同樣適用于不銹鋼、鋁合金等其它材料間的激光搭接焊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法有效的控制了焊縫中氣孔、裂紋等缺陷的產(chǎn)生，提高了焊接質(zhì)量。氣孔缺陷個(gè)數(shù)減少到傳統(tǒng)激光焊接時(shí)的20%以下，氣孔尺寸顯著減小。
權(quán)利要求
1.一種多光束激光焊接方法，該焊接方法采用激光束對(duì)同種金屬之間進(jìn)行非穿透式搭接焊接，其特征在于采用三束激光束作用于焊接區(qū)域(4)，三束激光束分別為第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)，三束激光束按順序處于同一條直線上，第一束激光(I)和第二束激光(2)的焦點(diǎn)之間的距離為0. 2 1mm，第二束激光(2)和第三束激光(3)的焦點(diǎn)之間的距離為0. 5 3mm，焊接時(shí)三束激光束之間保持相對(duì)靜止，三個(gè)激光焦點(diǎn)之間的距離不變，第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)的能量分配為10 30%，.40 80%，10 30%。
全文摘要
本發(fā)明是一種多光束激光焊接方法，其特征在于采用三束激光束作用于焊接區(qū)域(4)，三束激光束分別為第一束激光(1)、第二束激光(2)和第三束激光(3)，三束激光束按順序處于同一條直線上，第一束激光(1)和第二束激光(2)的焦點(diǎn)之間的距離為0.2～1mm，第二束激光(2)和第三束激光(3)的焦點(diǎn)之間的距離為0.5～3mm，焊接時(shí)三束激光束之間保持相對(duì)靜止，三個(gè)激光焦點(diǎn)之間的距離不變，第一束激光(1)、第二束激光(2)和第三束激光(3)的能量分配為10～30％，40～80％，10～30％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法有效的控制了焊縫中氣孔、裂紋等缺陷的產(chǎn)生，提高了焊接質(zhì)量。氣孔缺陷個(gè)數(shù)減少到傳統(tǒng)激光焊接時(shí)的20％以下，氣孔尺寸顯著減小。
文檔編號(hào)B23K26/20GK103056523SQ20121050169
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者王彬, 鞏水利, 陳俐, 姚偉 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所