一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法
【專利摘要】一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，它涉及一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法。本發(fā)明要解決激光焊接和激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金容易產(chǎn)生氣孔缺陷的問題。本發(fā)明的方法如下：雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金即在鋁合金焊接過程中，采用兩束激光（LB1和LB2）和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，使焊縫同時(shí)受到三個(gè)熱源的共同作用，兩束激光的作用形式可以分為三種，包括沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。采用本發(fā)明的焊接方法，氣孔率為零，消除鋁合金激光焊接氣孔缺陷。本發(fā)明應(yīng)用于鋁合金激光焊接領(lǐng)域。
【專利說明】一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，具體涉及采用雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接方法焊接鋁合金，屬于材料加工工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，鋁合金由于其重量輕、高的比強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，在焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)建中被廣泛應(yīng)用，尤其是在航空航天等對(duì)重量要求極其嚴(yán)格的領(lǐng)域。目前鋁合金的焊接方法主要集中在鎢極氬弧焊(簡(jiǎn)稱TIG焊)和熔化極氣體保護(hù)焊(簡(jiǎn)稱MIG或MAG焊)，如專利CN201310365187.0、CN200910064125.X、CN200810068867.5 等，但這些方法生產(chǎn)效率較低，焊縫成形不穩(wěn)定，而且容易出現(xiàn)氣孔。激光焊接技術(shù)作為一種新興技術(shù)，由于其生產(chǎn)效率高、工件變形小、焊接精度高等優(yōu)勢(shì)使得其被廣泛的應(yīng)用，但是在焊接鋁合金方面，焊縫中存在明顯的氣孔缺陷，氣孔率大概為8?10%左右，并且焊縫表面成形粗糙不規(guī)則，嚴(yán)重的影響其結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能和氣密性。這是因?yàn)殇X合金對(duì)激光的高反射率和高導(dǎo)電性等特殊的物理性能，導(dǎo)致誘導(dǎo)出激光焊接過程中穩(wěn)定的小孔需要更高的能量密度閾值，因而激光焊接時(shí)小孔的不穩(wěn)定容易造成氣孔的生成；同時(shí)鋁合金中氫的溶解度存在明顯的突變，氫在鋁中的溶解度隨溫度的下降而降低，到鋁合金的凝固點(diǎn)時(shí)，溶解度由凝固前的
0.75mL/100g，迅速降到0.035mL/100g，前后相差20倍，同時(shí)激光焊接的高的能量密度使鋁合金的熔池的冷卻速度極大，熔池中的氫來不及逸出，殘留在焊縫中形成氣孔。鋁合金激光焊接過程中產(chǎn)生的氣孔缺陷很大程度上制約了其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。
[0003]在消除激光焊接鋁合金焊縫氣孔缺陷的問題上，國內(nèi)外專家學(xué)者采用了很多的方法，比如說雙焦點(diǎn)激光焊接、激光-電弧復(fù)合焊接等都在一定程度上降低了鋁合金焊縫中的氣孔率，其中以激光-電弧復(fù)合焊接鋁合金方法應(yīng)用最多和效果最好，如專利CN201320195625.9、CN200910093745.6等，從不同的方面提出來減少鋁合金焊接氣孔的方法，這些方法確實(shí)能夠使氣孔率有所降低，使其達(dá)到4?6%，而且能夠改善焊縫表面成形。但是，尤其是鋁合金結(jié)構(gòu)件在航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用較多，而航空航天領(lǐng)域?qū)缚p質(zhì)量要求極高，對(duì)鋁合金焊接氣孔零容忍態(tài)度，因?yàn)榇嬖跉饪椎匿X合金焊縫可能會(huì)引發(fā)不堪設(shè)想的后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決激光焊接和激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金容易產(chǎn)生氣孔缺陷的問題，而提供了一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法。
[0005]本發(fā)明的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，具體操作如下:
[0006]步驟一:焊接前，將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0007]步驟二:將雙焦點(diǎn)激光和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置其幾何參數(shù):激光束與豎直方向夾角為3°?10°，光束離焦量為_3mm?+ 3mm，激光的光斑直徑為0.1?0.5mm，TIG焊槍與豎直方向夾角為25°?55° ;
[0008]步驟三:設(shè)置雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù):焊接速度為0.5?5m/min，電弧電流為50?150A，保護(hù)氣為惰性氣體；
[0009]步驟四:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通入保護(hù)氣，再引燃電弧1.0?2.0s后，發(fā)射激光，然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動(dòng)，進(jìn)行雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧焊焊接；
[0010]其中，雙焦點(diǎn)激光的兩束激光分布方式有以下三種:沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。
[0011]本發(fā)明的雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金即在鋁合金焊接過程中，采用兩束激光(LBl和LB2)和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，使焊縫同時(shí)受到三個(gè)熱源的共同作用，其焊接過程示意圖如圖1所示。
[0012]在雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金時(shí)，兩束激光的分布方式有以下三種:沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。實(shí)驗(yàn)時(shí)激光器可以采用CO2氣體激光器、YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器，其中以光纖激光器最佳，因?yàn)槠涓痈咝Ш铜h(huán)保。
[0013]當(dāng)采用實(shí)驗(yàn)用光纖激光器時(shí)，光斑直徑在0.3mm左右，離焦量在-3?+ 3mm左右，由于鋁合金對(duì)激光的反射作用，故激光束與豎直方向夾角大概為3°?10°。兩個(gè)光束的獲得方式可以是一束激光經(jīng)光學(xué)分光系統(tǒng)分成兩個(gè)光束進(jìn)行，也可以是兩個(gè)激光器發(fā)出的兩個(gè)光束進(jìn)行。如果采用一束激光經(jīng)光學(xué)分光系統(tǒng)分成兩束激光的方式，可以通過圖2所示的方法進(jìn)行。TIG電弧采用交流焊接，即可以保證鋁合金表面氧化膜的去除，又可以加強(qiáng)與激光的耦合作用，電弧電流在50?150A左右，焊槍與豎直方向夾角在25°?55°。保護(hù)氣效果最佳的是采用He氣，這是因?yàn)槠淇梢蕴岣弑Ｗo(hù)氣的傳熱系數(shù)，使得激光和電弧的熱量能夠更多的傳遞給焊縫，使得熱輸入增加，降低了冷卻速度，也可以在一定程度上降低氣孔率。如條件不允許的情況下，用Ar氣也可，保護(hù)氣的流量在15?30L/min。
[0014]雙光束和TIG電弧的復(fù)合有以下幾種方式:
[0015]1、兩束激光沿焊縫方向垂直排列，即并列分布，如圖3所示，此時(shí)LBl和LB2與豎直方向夾角分別為α和β，二者大小取決于光束質(zhì)量和招合金的表面光滑程度。兩個(gè)光束的焦點(diǎn)在焊縫同一個(gè)部位，形成一個(gè)較大的匙孔和等離子體云，焊接過程穩(wěn)定，出現(xiàn)焊接飛濺等現(xiàn)象較少。TIG電弧在激光束焦點(diǎn)連線垂直平分線的后側(cè)2?4_左右，因?yàn)椴⒘蟹植际沟眉す庾饔眯纬傻某卓讓挾容^大，可以保證電弧與兩束激光可以很好的實(shí)現(xiàn)耦合作用，進(jìn)一步保證了焊接過程的穩(wěn)定，同時(shí)使得熔池的尺寸進(jìn)一步增大和電弧起到的緩冷作用，使得熔池中的氣體有更加充足的時(shí)間得以逸出，從而減少焊接氣孔缺陷。由于兩束激光并列式分布，沿焊縫方向能量密度較大，故此種方法較適合于減少氣孔缺陷的中厚板鋁合金焊接。
[0016]2、兩束激光沿焊縫方向平行排列，即串列分布，LBU LB2和TIG電弧呈一條直線，如圖4所示。此時(shí)可以分為兩種情況，第一種為兩束光LBl和LB2焦點(diǎn)間距相對(duì)較大，兩束光在一個(gè)焊接熔池中產(chǎn)生兩個(gè)相互獨(dú)立的匙孔，此時(shí)前面的LBl的功率較后面的LB2可以較小，LBl起焊接預(yù)熱和改善液態(tài)金屬流動(dòng)的共同作用，LBl的功率和LB2的功率也可以大致相同，主要以改善熔池金屬的流動(dòng)模式的方式來減少氣孔；第二種為兩束光LBl和LB2焦點(diǎn)間距較小，此時(shí)兩束光在同一個(gè)焊接熔池中作用在同一個(gè)匙孔內(nèi)，使匙孔尺寸變大而且穩(wěn)定，有利于氣體的逸出，此時(shí)TIG電弧離LB2的距離可以近一些，實(shí)現(xiàn)與激光的良好耦合作用，也可以離得遠(yuǎn)些，起到后置緩冷的作用，以減少氣孔缺陷。
[0017]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0018]1、雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧復(fù)合焊接鋁合金焊縫氣孔率得到明顯降低，由激光焊接時(shí)的8?10%氣孔率和激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金時(shí)的4?6%的氣孔率降低到零，其原因如下:
[0019](I)在雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接過程中，雙光束增加了匙孔直徑，使得匙孔不易閉合，同時(shí)第一束激光形成的匙孔后壁可以被后面的第二束激光和TIG電弧的能量氣化，避免了匙孔的塌陷，提高了匙孔穩(wěn)定性，從而較小了氣孔傾向；
[0020](2)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接提高了電弧穩(wěn)定性，同時(shí)增加了熔池直徑，使得金屬蒸汽有更寬的通道逸出，從而抑制氣孔產(chǎn)生。
[0021](3)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金較激光焊接鋁合金相比，降低了熱輸入，同時(shí)TIG電弧的加入使得熔池冷卻速度減慢，從而使得熔池中的氫有充足的時(shí)間逸出，減少鋁合金焊縫中的氫氣孔缺陷；
[0022]2、由于此方法降低了熱輸入，可以降低焊接成本和焊接變形，尤其對(duì)于焊接變形較大的薄板鋁合金優(yōu)勢(shì)較大；
[0023]3、該方法焊接時(shí)，由于匙孔的穩(wěn)定性使得焊接過程穩(wěn)定，飛濺量較小，在保證氣孔較少的情況下更容易獲得表面平整光滑的焊縫表面，從而改善焊縫成形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接示意圖；
[0025]圖2為一束激光米用光學(xué)系統(tǒng)分成兩束光不意圖；
[0026]圖3為并列式分布的雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接示意圖；
[0027]圖4為串列式分布的雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接示意圖；
[0028]圖5為激光焊接鋁合金焊縫表面成型圖；
[0029]圖6為激光焊接鋁合金縱截面宏觀金相圖；
[0030]圖7為激光焊接鋁合金X光檢測(cè)圖；
[0031]圖8為激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金焊縫表面成型圖；
[0032]圖9為激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金縱截面宏觀金相圖；
[0033]圖10為激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金X光檢測(cè)圖；
[0034]圖11為串列式(單匙孔串列式)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金焊縫表面成型圖；
[0035]圖12為串列式(單匙孔串列式)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金縱截面宏觀金相圖；
[0036]圖13為串列式(單匙孔串列式)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金X光檢測(cè)圖；
[0037]圖14為串列式(雙匙孔串列式)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金焊縫表面成型圖；
[0038]圖15為串列式(雙匙孔串列式)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金縱截面宏觀金相圖；
[0039]圖16為串列式(雙匙孔串列式)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金X光檢測(cè)圖；
[0040]圖17為并列式雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金焊縫表面成型圖；
[0041]圖18為并列式雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金縱截面宏觀金相圖；
[0042]圖19為并列式雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金焊鋁合金X光檢測(cè)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，具體操作如下:
[0044]步驟一:焊接前，將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0045]步驟二:將雙焦點(diǎn)激光和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置幾何參數(shù):激光束與豎直方向夾角為3°?10°，光束離焦量為-3mm?+ 3mm，激光的光斑直徑為0.1?0.5mm，TIG焊槍與豎直方向夾角為25°?55° ;
[0046]步驟三:設(shè)置雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù):焊接速度為0.5?5m/min，電弧電流為50?150A，保護(hù)氣為惰性氣體；
[0047]步驟四:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通入保護(hù)氣，再引燃電弧1.0?2.0s后，發(fā)射激光，然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動(dòng)，進(jìn)行雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧焊焊接；
[0048]其中，雙焦點(diǎn)激光的兩束激光分布方式有以下三種:沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。
[0049]本實(shí)施方式包含以下有益效果:
[0050]1、雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧復(fù)合焊接鋁合金焊縫氣孔率得到明顯降低，由激光焊接時(shí)的8?10%氣孔率和激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金時(shí)的4?6%的氣孔率降低到零，其原因如下:
[0051](I)在雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接過程中，雙光束增加了匙孔直徑，使得匙孔不易閉合，同時(shí)第一束激光形成的匙孔后壁可以被后面的第二束激光和TIG電弧的能量氣化，避免了匙孔的塌陷，提高了匙孔穩(wěn)定性，從而較小了氣孔傾向；
[0052](2)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接提高了電弧穩(wěn)定性，同時(shí)增加了熔池直徑，使得金屬蒸汽有更寬的通道逸出，從而抑制氣孔產(chǎn)生。
[0053](3)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接鋁合金較激光焊接鋁合金相比，降低了熱輸入，同時(shí)TIG電弧的加入使得熔池冷卻速度減慢，從而使得熔池中的氫有充足的時(shí)間逸出，減少鋁合金焊縫中的氫氣孔缺陷；
[0054]2、由于此方法降低了熱輸入，可以降低焊接成本和焊接變形，尤其對(duì)于焊接變形較大的薄板鋁合金優(yōu)勢(shì)較大；
[0055]3、該方法焊接時(shí)，由于匙孔的穩(wěn)定性使得焊接過程穩(wěn)定，飛濺量較小，在保證氣孔較少的情況下更容易獲得表面平整光滑的焊縫表面，從而改善焊縫成形。
[0056]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:若兩束激光的分布方式為沿焊接方向的串列式分布時(shí)，所述的雙焦點(diǎn)激光與TIG電弧焊焊接分為兩種方式:[0057]第一種方式(單匙孔串列式)為:第一束激光LBl與第二束激光LB2同時(shí)串列作用在兩個(gè)匙孔內(nèi)，同時(shí)TIG電弧靠近第二束激光LB2進(jìn)行焊接；其中，第一束激光LBl與第二束激光LB2的功率比為(3:7)?(5:5)，
[0058]第二種方式(雙匙孔串列式)為:第一束激光LBl與第二束激光LB2同時(shí)串列的作用在同一個(gè)匙孔內(nèi)，同時(shí)TIG電弧靠近第二束激光LB2進(jìn)行焊接；其中，第一束激光LBl與第二束激光LB2的功率相同。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0059]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:若兩束激光的分布方式為垂直于焊接方向的并列式分布時(shí)，雙焦點(diǎn)激光的第一束激光LBl與第二束激光LB2的焦點(diǎn)在焊縫同一個(gè)部位，TIG電弧在激光束焦點(diǎn)連線垂直平分線的后側(cè)2?4mm處，進(jìn)行焊接。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0060]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:所述的雙焦點(diǎn)激光的發(fā)生的激光器為CO2氣體激光器、YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0061]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:所述的雙焦點(diǎn)激光的兩束激光獲得方式為一束激光經(jīng)光學(xué)分光系統(tǒng)分成兩個(gè)光束或兩個(gè)激光器發(fā)出的兩個(gè)光束。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0062]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:所述的TIG電弧采用交流進(jìn)行焊接。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0063]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:所述的惰性氣體為He氣或Ar氣。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0064]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:所述的惰性氣體為惰性氣體的流量為15?30L/min。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0065]通過以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0066]實(shí)施例1
[0067]本實(shí)施例的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0068]步驟一:焊接前，將3mm鋁合金表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0069]步驟二:將雙焦點(diǎn)激光和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置雙焦點(diǎn)激光的參數(shù):激光的光斑直徑至0.3mm,雙焦點(diǎn)激光的LBl功率為1500W，LB2功率為2000W，離焦量為2mm，激光束與豎直方向夾角為5°，焊接速度為lm/min ;設(shè)置TIG電弧的參數(shù):電弧電流在70A，焊槍與豎直方向夾角在30°，保護(hù)氣為He氣體，氣體的流量在20L/min ;其中，鎢極與中間的LB2的焦點(diǎn)距離為2mm ；
[0070]步驟三:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通保護(hù)氣，再引燃電弧，大概1.0?2.0s以后發(fā)射激光，控制機(jī)器人帶動(dòng)激光器和焊槍沿焊縫移動(dòng)，進(jìn)行雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧焊焊接；
[0071]其中，雙焦點(diǎn)激光的兩束激光分布方式為串列式分布(第一束激光LBl與第二束激光LB2同時(shí)串列的作用在同一個(gè)匙孔內(nèi)，其中，第二束激光LB2的功率大于第一束激光LBl，同時(shí)TIG電弧靠近第二束激光LB2進(jìn)行焊接)。
[0072]另外，采用光纖激光器進(jìn)行激光焊接，以及激光-TIG復(fù)合焊接作為對(duì)照組；
[0073]其中，光纖激光器進(jìn)行激光焊接的具體焊接參數(shù)如下:激光焊接時(shí)，激光功率為2500W,離焦量為2mm，激光束與豎直方向夾角為5°，焊接速度為lm/min，保護(hù)氣為He氣體，氣體的流量在20L/min ；
[0074]激光-TIG復(fù)合焊接的具體焊接參數(shù)如下:激光束與豎直方向夾角為5°，離焦量為2mm，功率為2200W，TIG焊槍與豎直方向夾角為30°，電弧電流為70A，鎢極與光束焦點(diǎn)距離為2mm,焊接速度為lm/min,保護(hù)氣為He氣體,氣體的流量在20L/min ；
[0075]光纖激光器進(jìn)行激光焊焊接后的焊縫的表面形態(tài)、焊縫縱截面和焊縫X光檢測(cè)結(jié)果如圖5、6和7所示，由圖可知，其焊縫表面成形粗糙不平，魚鱗狀花紋紊亂，說明其穩(wěn)定性較差，縱截面表面其含有大量的氣孔缺陷，焊縫的X光檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了這個(gè)現(xiàn)象，焊縫中沿焊接方向存在著一串尺寸較大的氣孔，氣孔率為8%，其對(duì)性能影響嚴(yán)重。
[0076]激光-TIG復(fù)合焊接焊接后的焊縫的表面形態(tài)、焊縫縱截面和焊縫X光檢測(cè)結(jié)果如圖8、9和10所示，由圖可知，焊縫表面光滑平整，成形有所改善，且焊縫中氣孔有所減少，氣孔率降低，但是沒有達(dá)到消除鋁合金焊接氣孔的目的。
[0077]而本實(shí)施例焊接后的焊縫的表面形態(tài)、焊縫縱截面和焊縫X光檢測(cè)結(jié)果如圖11、12和13所示，由圖可以看出其焊縫表面平整光滑，說明其焊接過程穩(wěn)定，且焊縫縱截面中沒有氣孔，氣孔數(shù)量大大降低，焊縫的X光檢測(cè)結(jié)果表明其焊縫中不存在氣孔，氣孔率為零，這說明了本實(shí)施例的實(shí)際意義一消除鋁合金激光焊接氣孔缺陷。
[0078]實(shí)施例2
[0079]本實(shí)施例的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0080]步驟一:焊接前，將3mm鋁合金表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0081]步驟二:將雙焦點(diǎn)激光和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置雙焦點(diǎn)激光的參數(shù):激光的光斑直徑至0.3mm,，雙焦點(diǎn)激光的LBl功率為1500W，LB2功率為2000W，離焦量為2mm，激光束與豎直方向夾角為5°，焊接速度為lm/min ;設(shè)置TIG電弧的參數(shù):電弧電流在70A，焊槍與豎直方向夾角在30°，保護(hù)氣為He氣體，氣體的流量在20L/min ;其中，鎢極與中間的LB2的焦點(diǎn)距離為2mm ；
[0082]步驟三:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通保護(hù)氣，再引燃電弧，大概1.0?2.0s以后發(fā)射激光，控制機(jī)器人帶動(dòng)激光器和焊槍沿焊縫移動(dòng)，進(jìn)行雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧焊焊接；
[0083]其中，雙焦點(diǎn)激光的兩束激光分布方式為串列式分布(第一束激光LBl與第二束激光LB2同時(shí)串列的作用在兩個(gè)匙孔內(nèi)，其中，第二束激光LB2的功率大于第一束激光LBl，同時(shí)TIG電弧靠近第二束激光LB2進(jìn)行焊接)。
[0084]本實(shí)施例焊接后的焊縫的表面形態(tài)、焊縫縱截面和焊縫X光檢測(cè)結(jié)果如圖14、15和16所示，由圖可以看出其焊縫表面平整光滑，說明其焊接過程穩(wěn)定，且焊縫縱截面中沒有氣孔，氣孔數(shù)量大大降低，焊縫的X光檢測(cè)結(jié)果表明其焊縫中不存在氣孔，氣孔率為零，這說明了本實(shí)施例的實(shí)際意義一消除鋁合金激光焊接氣孔缺陷。
[0085]實(shí)施例3
[0086]本實(shí)施例的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0087]步驟一:焊接前，將3mm鋁合金表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0088]步驟二:將雙焦點(diǎn)激光和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置雙焦點(diǎn)激光的參數(shù):激光的光斑直徑至0.3mm,，雙焦點(diǎn)激光的LBl和LB2的功率均為1700W，離焦量為2mm，激光束與豎直方向夾角為5°，焊接速度為lm/min ;設(shè)置TIG電弧的參數(shù):電弧電流在70A，焊槍與豎直方向夾角在30°，保護(hù)氣為He氣體，氣體的流量在20L/min ;其中，鎢極在兩束激光焦點(diǎn)垂直平分線的后方2_;
[0089]步驟三:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通保護(hù)氣，再引燃電弧，大概1.0?2.0s以后發(fā)射激光，控制機(jī)器人帶動(dòng)激光器和焊槍沿焊縫移動(dòng)，進(jìn)行雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧焊焊接；
[0090]其中，雙焦點(diǎn)激光的兩束激光分布方式為并列式分布(雙焦點(diǎn)激光的第一束激光LBl與第二束激光LB2的焦點(diǎn)在焊縫同一個(gè)部位，且功率相同)。
[0091]本實(shí)施例焊接后的焊縫的表面形態(tài)、焊縫縱截面和焊縫X光檢測(cè)結(jié)果如圖17、18和19所示，由圖可以看出其焊縫表面平整光滑，說明其焊接過程穩(wěn)定，且焊縫縱截面中沒有氣孔，氣孔數(shù)量大大降低，焊縫的X光檢測(cè)結(jié)果表明其焊縫中不存在氣孔，氣孔率為零，這說明了本實(shí)施例的實(shí)際意義一消除鋁合金激光焊接氣孔缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于它的具體操作如下: 步驟一:焊接前，將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上； 步驟二:將雙焦點(diǎn)激光和TIG電弧共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置幾何參數(shù):激光束與豎直方向夾角為3°?10°，光束離焦量為-3mm?+ 3mm，激光的光斑直徑為0.1?0.5mm，TIG焊槍與豎直方向夾角為25°?55° ; 步驟三:設(shè)置雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù):焊接速度為0.5?5m/min，電弧電流為50?150A，保護(hù)氣為惰性氣體； 步驟四:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通入保護(hù)氣，再引燃電弧1.0?2.0s后，發(fā)射激光，然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動(dòng)，進(jìn)行雙焦點(diǎn)激光-TIG電弧焊焊接； 其中，雙焦點(diǎn)激光的兩束激光分布方式有以下三種:沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊縫方向的并列式分布和介于二者之間的交叉式分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于若兩束激光的分布方式為沿焊接方向的串列式分布時(shí)，所述的雙焦點(diǎn)激光與TIG電弧焊焊接分為兩種方式: 第一種方式為:第一束激光LBl與第二束激光LB2同時(shí)串列作用在兩個(gè)匙孔內(nèi)，同時(shí)TIG電弧靠近第二束激光LB2進(jìn)行焊接；其中，第一束激光LBl與第二束激光LB2的功率比為(3:7)?(5:5)； 第二種方式為:第一束激光LBl與第二束激光LB2同時(shí)串列的作用在同一個(gè)匙孔內(nèi)，同時(shí)TIG電弧靠近第二束激光LB2進(jìn)行焊接；其中，第一束激光LBl與第二束激光LB2的功率相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于若兩束激光的分布方式為垂直于焊接方向的并列式分布時(shí)，雙焦點(diǎn)激光的第一束激光LBl與第二束激光LB2的焦點(diǎn)在焊縫同一個(gè)部位，TIG電弧在激光束焦點(diǎn)連線垂直平分線的后側(cè)2-4mm處，進(jìn)行焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于所述的雙焦點(diǎn)激光的發(fā)生的激光器為CO2氣體激光器、YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于所述的雙焦點(diǎn)激光的兩束激光獲得方式為一束激光經(jīng)光學(xué)分光系統(tǒng)分成兩個(gè)光束或兩個(gè)激光器發(fā)出的兩個(gè)光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于所述的TIG電弧采用交流進(jìn)行焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于所述的惰性氣體為He氣或Ar氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除鋁合金激光焊接氣孔的方法，其特征在于所述的惰性氣體為惰性氣體的流量為15?30L/min。
【文檔編號(hào)】B23K26/348GK103862178SQ201410128715
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】雷正龍, 劉鳴, 陳彥賓, 張可召, 孫忠紹 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)