CN103862178A - 一种消除铝合金激光焊接气孔的方法 - Google Patents

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Abstract

一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，它涉及一种消除铝合金激光焊接气孔的方法。本发明要解决激光焊接和激光-TIG复合焊接铝合金容易产生气孔缺陷的问题。本发明的方法如下：双焦点激光-TIG复合焊接铝合金即在铝合金焊接过程中，采用两束激光（LB1和LB2）和TIG电弧共同作用在被焊区域，使焊缝同时受到三个热源的共同作用，两束激光的作用形式可以分为三种，包括沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊缝方向的并列式分布和介于二者之间的交叉式分布。采用本发明的焊接方法，气孔率为零，消除铝合金激光焊接气孔缺陷。本发明应用于铝合金激光焊接领域。

Description

一种消除铝合金激光焊接气孔的方法
技术领域
本发明涉及一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，具体涉及采用双焦点激光-TIG复合焊接方法焊接铝合金，属于材料加工工程领域。
背景技术
众所周知，铝合金由于其重量轻、高的比强度等优势，在焊接结构构建中被广泛应用，尤其是在航空航天等对重量要求极其严格的领域。目前铝合金的焊接方法主要集中在钨极氩弧焊（简称TIG焊）和熔化极气体保护焊（简称MIG或MAG焊），如专利CN201310365187.0、CN200910064125.X、CN200810068867.5等，但这些方法生产效率较低，焊缝成形不稳定，而且容易出现气孔。激光焊接技术作为一种新兴技术，由于其生产效率高、工件变形小、焊接精度高等优势使得其被广泛的应用，但是在焊接铝合金方面，焊缝中存在明显的气孔缺陷，气孔率大概为8～10%左右，并且焊缝表面成形粗糙不规则，严重的影响其结构件的力学性能和气密性。这是因为铝合金对激光的高反射率和高导电性等特殊的物理性能，导致诱导出激光焊接过程中稳定的小孔需要更高的能量密度阈值，因而激光焊接时小孔的不稳定容易造成气孔的生成；同时铝合金中氢的溶解度存在明显的突变，氢在铝中的溶解度随温度的下降而降低，到铝合金的凝固点时，溶解度由凝固前的0.75mL/100g，迅速降到0.035mL/100g，前后相差20倍，同时激光焊接的高的能量密度使铝合金的熔池的冷却速度极大，熔池中的氢来不及逸出，残留在焊缝中形成气孔。铝合金激光焊接过程中产生的气孔缺陷很大程度上制约了其在工业中的广泛应用。
在消除激光焊接铝合金焊缝气孔缺陷的问题上，国内外专家学者采用了很多的方法，比如说双焦点激光焊接、激光-电弧复合焊接等都在一定程度上降低了铝合金焊缝中的气孔率，其中以激光-电弧复合焊接铝合金方法应用最多和效果最好，如专利CN201320195625.9、CN200910093745.6等，从不同的方面提出来减少铝合金焊接气孔的方法，这些方法确实能够使气孔率有所降低，使其达到4～6%，而且能够改善焊缝表面成形。但是，尤其是铝合金结构件在航空航天领域中应用较多，而航空航天领域对焊缝质量要求极高，对铝合金焊接气孔零容忍态度，因为存在气孔的铝合金焊缝可能会引发不堪设想的后果。
发明内容
本发明的目的是为了解决激光焊接和激光-TIG复合焊接铝合金容易产生气孔缺陷的问题，而提供了一种消除铝合金激光焊接气孔的方法。
本发明的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，具体操作如下：
步骤一：焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
步骤二：将双焦点激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，设置其几何参数：激光束与竖直方向夹角为3°～10°，光束离焦量为-3mm～﹢3mm，激光的光斑直径为0.1～0.5mm，TIG焊枪与竖直方向夹角为25°～55°；
步骤三：设置双焦点激光-TIG复合焊接的焊接参数：焊接速度为0.5～5m/min，电弧电流为50～150A，保护气为惰性气体；
步骤四：启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0～2.0s后，发射激光，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行双焦点激光-TIG电弧焊焊接；
其中，双焦点激光的两束激光分布方式有以下三种：沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊缝方向的并列式分布和介于二者之间的交叉式分布。
本发明的双焦点激光-TIG复合焊接铝合金即在铝合金焊接过程中，采用两束激光（LB1和LB2）和TIG电弧共同作用在被焊区域，使焊缝同时受到三个热源的共同作用，其焊接过程示意图如图1所示。
在双焦点激光-TIG复合焊接铝合金时，两束激光的分布方式有以下三种：沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊缝方向的并列式分布和介于二者之间的交叉式分布。实验时激光器可以采用CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器和光纤激光器，其中以光纤激光器最佳，因为其更加高效和环保。
当采用实验用光纤激光器时，光斑直径在0.3mm左右，离焦量在﹣3～﹢3mm左右，由于铝合金对激光的反射作用，故激光束与竖直方向夹角大概为3°～10°。两个光束的获得方式可以是一束激光经光学分光系统分成两个光束进行，也可以是两个激光器发出的两个光束进行。如果采用一束激光经光学分光系统分成两束激光的方式，可以通过图2所示的方法进行。TIG电弧采用交流焊接，即可以保证铝合金表面氧化膜的去除，又可以加强与激光的耦合作用，电弧电流在50～150A左右，焊枪与竖直方向夹角在25°～55°。保护气效果最佳的是采用He气，这是因为其可以提高保护气的传热系数，使得激光和电弧的热量能够更多的传递给焊缝，使得热输入增加，降低了冷却速度，也可以在一定程度上降低气孔率。如条件不允许的情况下，用Ar气也可，保护气的流量在15～30L/min。
双光束和TIG电弧的复合有以下几种方式：
1、两束激光沿焊缝方向垂直排列，即并列分布，如图3所示，此时LB1和LB2与竖直方向夹角分别为α和β，二者大小取决于光束质量和铝合金的表面光滑程度。两个光束的焦点在焊缝同一个部位，形成一个较大的匙孔和等离子体云，焊接过程稳定，出现焊接飞溅等现象较少。TIG电弧在激光束焦点连线垂直平分线的后侧2～4mm左右，因为并列分布使得激光作用形成的匙孔宽度较大，可以保证电弧与两束激光可以很好的实现耦合作用，进一步保证了焊接过程的稳定，同时使得熔池的尺寸进一步增大和电弧起到的缓冷作用，使得熔池中的气体有更加充足的时间得以逸出，从而减少焊接气孔缺陷。由于两束激光并列式分布，沿焊缝方向能量密度较大，故此种方法较适合于减少气孔缺陷的中厚板铝合金焊接。
2、两束激光沿焊缝方向平行排列，即串列分布，LB1、LB2和TIG电弧呈一条直线，如图4所示。此时可以分为两种情况，第一种为两束光LB1和LB2焦点间距相对较大，两束光在一个焊接熔池中产生两个相互独立的匙孔，此时前面的LB1的功率较后面的LB2可以较小,LB1起焊接预热和改善液态金属流动的共同作用，LB1的功率和LB2的功率也可以大致相同，主要以改善熔池金属的流动模式的方式来减少气孔；第二种为两束光LB1和LB2焦点间距较小，此时两束光在同一个焊接熔池中作用在同一个匙孔内，使匙孔尺寸变大而且稳定，有利于气体的逸出，此时TIG电弧离LB2的距离可以近一些，实现与激光的良好耦合作用，也可以离得远些，起到后置缓冷的作用，以减少气孔缺陷。
本发明包含以下有益效果：
1、双焦点激光-TIG电弧复合焊接铝合金焊缝气孔率得到明显降低，由激光焊接时的8～10%气孔率和激光-TIG复合焊接铝合金时的4～6%的气孔率降低到零，其原因如下：
（1）在双焦点激光-TIG复合焊接过程中，双光束增加了匙孔直径，使得匙孔不易闭合，同时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电弧的能量气化，避免了匙孔的塌陷，提高了匙孔稳定性，从而较小了气孔倾向；
（2）双焦点激光-TIG复合焊接提高了电弧稳定性，同时增加了熔池直径，使得金属蒸汽有更宽的通道逸出，从而抑制气孔产生。
（3）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金较激光焊接铝合金相比，降低了热输入，同时TIG电弧的加入使得熔池冷却速度减慢，从而使得熔池中的氢有充足的时间逸出，减少铝合金焊缝中的氢气孔缺陷；
2、由于此方法降低了热输入，可以降低焊接成本和焊接变形，尤其对于焊接变形较大的薄板铝合金优势较大；
3、该方法焊接时，由于匙孔的稳定性使得焊接过程稳定，飞溅量较小，在保证气孔较少的情况下更容易获得表面平整光滑的焊缝表面，从而改善焊缝成形。
附图说明
图1为双焦点激光-TIG复合焊接示意图；
图2为一束激光采用光学系统分成两束光示意图；
图3为并列式分布的双焦点激光-TIG复合焊接示意图；
图4为串列式分布的双焦点激光-TIG复合焊接示意图；
图5为激光焊接铝合金焊缝表面成型图；
图6为激光焊接铝合金纵截面宏观金相图；
图7为激光焊接铝合金X光检测图；
图8为激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金焊缝表面成型图；
图9为激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金纵截面宏观金相图；
图10为激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金X光检测图；
图11为串列式（单匙孔串列式）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金焊缝表面成型图；
图12为串列式（单匙孔串列式）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金纵截面宏观金相图；
图13为串列式（单匙孔串列式）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金X光检测图；
图14为串列式（双匙孔串列式）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金焊缝表面成型图；
图15为串列式（双匙孔串列式）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金纵截面宏观金相图；
图16为串列式（双匙孔串列式）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金X光检测图；
图17为并列式双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金焊缝表面成型图；
图18为并列式双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金纵截面宏观金相图；
图19为并列式双焦点激光-TIG复合焊接铝合金焊铝合金X光检测图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，具体操作如下：
步骤一：焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
步骤二：将双焦点激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，设置几何参数：激光束与竖直方向夹角为3°～10°，光束离焦量为-3mm～﹢3mm，激光的光斑直径为0.1～0.5mm，TIG焊枪与竖直方向夹角为25°～55°；
步骤三：设置双焦点激光-TIG复合焊接的焊接参数：焊接速度为0.5～5m/min，电弧电流为50～150A，保护气为惰性气体；
步骤四：启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0～2.0s后，发射激光，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行双焦点激光-TIG电弧焊焊接；
其中，双焦点激光的两束激光分布方式有以下三种：沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊缝方向的并列式分布和介于二者之间的交叉式分布。
本实施方式包含以下有益效果：
1、双焦点激光-TIG电弧复合焊接铝合金焊缝气孔率得到明显降低，由激光焊接时的8～10%气孔率和激光-TIG复合焊接铝合金时的4～6%的气孔率降低到零，其原因如下：
（1）在双焦点激光-TIG复合焊接过程中，双光束增加了匙孔直径，使得匙孔不易闭合，同时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电弧的能量气化，避免了匙孔的塌陷，提高了匙孔稳定性，从而较小了气孔倾向；
（2）双焦点激光-TIG复合焊接提高了电弧稳定性，同时增加了熔池直径，使得金属蒸汽有更宽的通道逸出，从而抑制气孔产生。
（3）双焦点激光-TIG复合焊接铝合金较激光焊接铝合金相比，降低了热输入，同时TIG电弧的加入使得熔池冷却速度减慢，从而使得熔池中的氢有充足的时间逸出，减少铝合金焊缝中的氢气孔缺陷；
2、由于此方法降低了热输入，可以降低焊接成本和焊接变形，尤其对于焊接变形较大的薄板铝合金优势较大；
3、该方法焊接时，由于匙孔的稳定性使得焊接过程稳定，飞溅量较小，在保证气孔较少的情况下更容易获得表面平整光滑的焊缝表面，从而改善焊缝成形。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：若两束激光的分布方式为沿焊接方向的串列式分布时，所述的双焦点激光与TIG电弧焊焊接分为两种方式：
第一种方式（单匙孔串列式）为：第一束激光LB1与第二束激光LB2同时串列作用在两个匙孔内，同时TIG电弧靠近第二束激光LB2进行焊接；其中，第一束激光LB1与第二束激光LB2的功率比为(3:7)～(5:5)，
第二种方式（双匙孔串列式）为：第一束激光LB1与第二束激光LB2同时串列的作用在同一个匙孔内，同时TIG电弧靠近第二束激光LB2进行焊接；其中，第一束激光LB1与第二束激光LB2的功率相同。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：若两束激光的分布方式为垂直于焊接方向的并列式分布时，双焦点激光的第一束激光LB1与第二束激光LB2的焦点在焊缝同一个部位，TIG电弧在激光束焦点连线垂直平分线的后侧2～4mm处，进行焊接。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的双焦点激光的发生的激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的双焦点激光的两束激光获得方式为一束激光经光学分光系统分成两个光束或两个激光器发出的两个光束。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的TIG电弧采用交流进行焊接。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的惰性气体为He气或Ar气。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的惰性气体为惰性气体的流量为15～30L/min。其它与具体实施方式一至七之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，是按照以下步骤进行的：
步骤一：焊接前，将3mm铝合金表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上;
步骤二：将双焦点激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，设置双焦点激光的参数：激光的光斑直径至0.3mm，双焦点激光的LB1功率为1500W，LB2功率为2000W，离焦量为2mm，激光束与竖直方向夹角为5°，焊接速度为1m/min；设置TIG电弧的参数：电弧电流在70A，焊枪与竖直方向夹角在30°，保护气为He气体，气体的流量在20L/min；其中，钨极与中间的LB2的焦点距离为2mm；
步骤三：启动控制开关，先通保护气，再引燃电弧，大概1.0～2.0s以后发射激光，控制机器人带动激光器和焊枪沿焊缝移动，进行双焦点激光-TIG电弧焊焊接；
其中，双焦点激光的两束激光分布方式为串列式分布（第一束激光LB1与第二束激光LB2同时串列的作用在同一个匙孔内，其中，第二束激光LB2的功率大于第一束激光LB1，同时TIG电弧靠近第二束激光LB2进行焊接）。
另外，采用光纤激光器进行激光焊接，以及激光-TIG复合焊接作为对照组；
其中，光纤激光器进行激光焊接的具体焊接参数如下：激光焊接时，激光功率为2500W，离焦量为2mm，激光束与竖直方向夹角为5°，焊接速度为1m/min，保护气为He气体，气体的流量在20L/min；
激光-TIG复合焊接的具体焊接参数如下：激光束与竖直方向夹角为5°，离焦量为2mm，功率为2200W，TIG焊枪与竖直方向夹角为30°，电弧电流为70A，钨极与光束焦点距离为2mm，焊接速度为1m/min，保护气为He气体，气体的流量在20L/min；
光纤激光器进行激光焊焊接后的焊缝的表面形态、焊缝纵截面和焊缝X光检测结果如图5、6和7所示，由图可知，其焊缝表面成形粗糙不平，鱼鳞状花纹紊乱，说明其稳定性较差，纵截面表面其含有大量的气孔缺陷，焊缝的X光检测结果进一步验证了这个现象，焊缝中沿焊接方向存在着一串尺寸较大的气孔，气孔率为8%，其对性能影响严重。
激光-TIG复合焊接焊接后的焊缝的表面形态、焊缝纵截面和焊缝X光检测结果如图8、9和10所示，由图可知，焊缝表面光滑平整，成形有所改善，且焊缝中气孔有所减少，气孔率降低，但是没有达到消除铝合金焊接气孔的目的。
而本实施例焊接后的焊缝的表面形态、焊缝纵截面和焊缝X光检测结果如图11、12和13所示，由图可以看出其焊缝表面平整光滑，说明其焊接过程稳定，且焊缝纵截面中没有气孔，气孔数量大大降低，焊缝的X光检测结果表明其焊缝中不存在气孔，气孔率为零，这说明了本实施例的实际意义—消除铝合金激光焊接气孔缺陷。
实施例2
本实施例的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，是按照以下步骤进行的：
步骤一：焊接前，将3mm铝合金表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上;
步骤二：将双焦点激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，设置双焦点激光的参数：激光的光斑直径至0.3mm，，双焦点激光的LB1功率为1500W，LB2功率为2000W，离焦量为2mm，激光束与竖直方向夹角为5°，焊接速度为1m/min；设置TIG电弧的参数：电弧电流在70A，焊枪与竖直方向夹角在30°，保护气为He气体，气体的流量在20L/min；其中，钨极与中间的LB2的焦点距离为2mm；
步骤三：启动控制开关，先通保护气，再引燃电弧，大概1.0～2.0s以后发射激光，控制机器人带动激光器和焊枪沿焊缝移动，进行双焦点激光-TIG电弧焊焊接；
其中，双焦点激光的两束激光分布方式为串列式分布（第一束激光LB1与第二束激光LB2同时串列的作用在两个匙孔内，其中，第二束激光LB2的功率大于第一束激光LB1，同时TIG电弧靠近第二束激光LB2进行焊接）。
本实施例焊接后的焊缝的表面形态、焊缝纵截面和焊缝X光检测结果如图14、15和16所示，由图可以看出其焊缝表面平整光滑，说明其焊接过程稳定，且焊缝纵截面中没有气孔，气孔数量大大降低，焊缝的X光检测结果表明其焊缝中不存在气孔，气孔率为零，这说明了本实施例的实际意义—消除铝合金激光焊接气孔缺陷。
实施例3
本实施例的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，是按照以下步骤进行的：
步骤一：焊接前，将3mm铝合金表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上;
步骤二：将双焦点激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，设置双焦点激光的参数：激光的光斑直径至0.3mm，，双焦点激光的LB1和LB2的功率均为1700W，离焦量为2mm，激光束与竖直方向夹角为5°，焊接速度为1m/min；设置TIG电弧的参数：电弧电流在70A，焊枪与竖直方向夹角在30°，保护气为He气体，气体的流量在20L/min；其中，钨极在两束激光焦点垂直平分线的后方2mm；
步骤三：启动控制开关，先通保护气，再引燃电弧，大概1.0～2.0s以后发射激光，控制机器人带动激光器和焊枪沿焊缝移动，进行双焦点激光-TIG电弧焊焊接；
其中，双焦点激光的两束激光分布方式为并列式分布（双焦点激光的第一束激光LB1与第二束激光LB2的焦点在焊缝同一个部位，且功率相同）。
本实施例焊接后的焊缝的表面形态、焊缝纵截面和焊缝X光检测结果如图17、18和19所示，由图可以看出其焊缝表面平整光滑，说明其焊接过程稳定，且焊缝纵截面中没有气孔，气孔数量大大降低，焊缝的X光检测结果表明其焊缝中不存在气孔，气孔率为零，这说明了本实施例的实际意义—消除铝合金激光焊接气孔缺陷。

Claims (8)

1.一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于它的具体操作如下：
步骤一：焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
步骤二：将双焦点激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，设置几何参数：激光束与竖直方向夹角为3°～10°，光束离焦量为-3mm～﹢3mm，激光的光斑直径为0.1～0.5mm，TIG焊枪与竖直方向夹角为25°～55°；
步骤三：设置双焦点激光-TIG复合焊接的焊接参数：焊接速度为0.5～5m/min，电弧电流为50～150A，保护气为惰性气体；
步骤四：启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0～2.0s后，发射激光，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行双焦点激光-TIG电弧焊焊接；
其中，双焦点激光的两束激光分布方式有以下三种：沿焊接方向的串列式分布、垂直于焊缝方向的并列式分布和介于二者之间的交叉式分布。
2.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于若两束激光的分布方式为沿焊接方向的串列式分布时，所述的双焦点激光与TIG电弧焊焊接分为两种方式：
第一种方式为：第一束激光LB1与第二束激光LB2同时串列作用在两个匙孔内，同时TIG电弧靠近第二束激光LB2进行焊接；其中，第一束激光LB1与第二束激光LB2的功率比为(3:7)～(5:5)；
第二种方式为：第一束激光LB1与第二束激光LB2同时串列的作用在同一个匙孔内，同时TIG电弧靠近第二束激光LB2进行焊接；其中，第一束激光LB1与第二束激光LB2的功率相同。
3.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于若两束激光的分布方式为垂直于焊接方向的并列式分布时，双焦点激光的第一束激光LB1与第二束激光LB2的焦点在焊缝同一个部位，TIG电弧在激光束焦点连线垂直平分线的后侧2-4mm处，进行焊接。
4.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于所述的双焦点激光的发生的激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。
5.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于所述的双焦点激光的两束激光获得方式为一束激光经光学分光系统分成两个光束或两个激光器发出的两个光束。
6.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于所述的TIG电弧采用交流进行焊接。
7.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于所述的惰性气体为He气或Ar气。
8.根据权利要求1所述的一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于所述的惰性气体为惰性气体的流量为15～30L/min。
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Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104625411A (zh) * 2014-12-15 2015-05-20 哈尔滨工业大学 一种Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法
CN104985327A (zh) * 2015-07-27 2015-10-21 哈尔滨工业大学 一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法
CN104999181A (zh) * 2015-07-27 2015-10-28 哈尔滨工业大学 一种激光-InFocus电弧双焦点复合焊接方法
CN105081573A (zh) * 2015-09-17 2015-11-25 中国电子科技集团公司第四十八研究所 3a21铝合金外壳的激光密封焊接工艺
CN105108341A (zh) * 2015-10-09 2015-12-02 哈尔滨工业大学 一种中厚超高强钢板激光-mag焊接方法
CN105149785A (zh) * 2015-10-28 2015-12-16 无锡汉神电气有限公司 0.5mm铝合金板搭接激光焊接工艺
CN105215550A (zh) * 2015-08-12 2016-01-06 上海航天精密机械研究所 双焦点激光束焊接异种材料界面反应调控方法
CN105397288A (zh) * 2015-12-07 2016-03-16 中色科技股份有限公司 一种等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法
CN105537770A (zh) * 2014-10-22 2016-05-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 利用交叉双激光束的铝合金的激光传导方式焊接
CN106493471A (zh) * 2016-12-19 2017-03-15 中国矿业大学 一种激光‑mig复合焊减少高碳钢焊接裂纹的方法
CN106624366A (zh) * 2016-11-18 2017-05-10 北京工业大学 一种双激光—双丝旁路电弧复合的焊接方法
CN106735904A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 柳州振业焊接机电设备制造有限公司 铝合金的激光焊接方法
CN107186339A (zh) * 2017-07-19 2017-09-22 成都新柯力化工科技有限公司 一种减少激光焊接气孔的方法
CN107363407A (zh) * 2017-08-16 2017-11-21 温州大学 一种多焦点激光加强电弧复合焊的方法
CN107363399A (zh) * 2017-08-16 2017-11-21 温州大学 一种电弧辅助激光焊的方法
CN107999916A (zh) * 2017-12-11 2018-05-08 哈尔滨工业大学 一种异种材料的双光束激光-tig复合填丝熔钎焊方法
CN108406100A (zh) * 2018-05-07 2018-08-17 电子科技大学 一种降低铝合金激光焊接气孔的方法
CN108453374A (zh) * 2018-05-10 2018-08-28 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种铝合金的双光束激光焊接方法及装置
CN109093259A (zh) * 2017-06-21 2018-12-28 深圳市联赢激光股份有限公司 一种双波长复合送丝焊接方法
CN109943790A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 北京有色金属研究总院 一种喷射成形铝合金中气孔缺陷的消除方法
CN110499503A (zh) * 2018-05-16 2019-11-26 孔源 一种高效双光束光内同轴送粉熔覆头光路结构及加工方法
CN110582371A (zh) * 2017-04-03 2019-12-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 提高焊接表面品质的光滑方法
CN111526965A (zh) * 2017-12-26 2020-08-11 安赛乐米塔尔公司 利用第一和第二前激光束以及后激光束对接激光焊接两个金属板的方法
CN111673280A (zh) * 2020-06-23 2020-09-18 华北水利水电大学 一种t型接头搭接焊用双束并行激光焊接装置及方法
CN111940905A (zh) * 2020-08-17 2020-11-17 沈阳飞机工业（集团）有限公司 薄板钛合金t型接头双侧的同轴双焦距激光填丝焊接方法
CN112091429A (zh) * 2020-08-21 2020-12-18 广东省科学院中乌焊接研究所 一种铝合金焊接方法
CN112292915A (zh) * 2018-06-29 2021-01-29 罗伯特·博世有限公司 电子器件用的壳体的制造方法
CN112548335A (zh) * 2020-12-10 2021-03-26 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种铝合金厚壁构件的窄间隙双光束激光填粉焊接方法及设备
CN112846658A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 中核北方核燃料元件有限公司 一种消除中厚钢锁底型焊缝内气孔的方法
CN113182688A (zh) * 2021-04-06 2021-07-30 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种厚板窄间隙双光束激光填丝高效焊接方法
CN113210857A (zh) * 2021-04-01 2021-08-06 西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司 一种铸造铍铝合金激光焊接的方法
CN113305439A (zh) * 2021-05-13 2021-08-27 上海电机学院 双束脉冲激光分时诱导mag电弧定向摆动堆焊装置
CN113941776A (zh) * 2020-12-10 2022-01-18 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种厚板超高功率双光束激光-高频脉冲深熔tig复合焊接的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08309567A (ja) * 1995-05-23 1996-11-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd アルミニウム合金の溶接方法
JP2000312971A (ja) * 1999-04-28 2000-11-14 Hitachi Constr Mach Co Ltd レーザトリガアーク溶接方法及び装置
CN1554510A (zh) * 2003-12-26 2004-12-15 华中科技大学 激光—高频感应复合焊接装置及其方法
CN1586788A (zh) * 2004-07-15 2005-03-02 北京航空航天大学 旋转双焦点激光－mig电弧复合焊接头
CN101670495B (zh) * 2009-09-28 2011-11-09 北京工业大学 中厚航天高强铝合金板的激光-tig电弧复合焊接工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08309567A (ja) * 1995-05-23 1996-11-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd アルミニウム合金の溶接方法
JP2000312971A (ja) * 1999-04-28 2000-11-14 Hitachi Constr Mach Co Ltd レーザトリガアーク溶接方法及び装置
CN1554510A (zh) * 2003-12-26 2004-12-15 华中科技大学 激光—高频感应复合焊接装置及其方法
CN1586788A (zh) * 2004-07-15 2005-03-02 北京航空航天大学 旋转双焦点激光－mig电弧复合焊接头
CN101670495B (zh) * 2009-09-28 2011-11-09 北京工业大学 中厚航天高强铝合金板的激光-tig电弧复合焊接工艺

Cited By (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10272524B2 (en) 2014-10-22 2019-04-30 GM Global Technology Operations LLC Laser conduction mode welding of aluminum alloys with cross dual laser beams
CN105537770A (zh) * 2014-10-22 2016-05-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 利用交叉双激光束的铝合金的激光传导方式焊接
CN104625411A (zh) * 2014-12-15 2015-05-20 哈尔滨工业大学 一种Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法
CN104625411B (zh) * 2014-12-15 2016-07-06 哈尔滨工业大学 一种Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法
CN104985327A (zh) * 2015-07-27 2015-10-21 哈尔滨工业大学 一种双焦点激光与InFocus电弧复合焊接方法
CN104999181A (zh) * 2015-07-27 2015-10-28 哈尔滨工业大学 一种激光-InFocus电弧双焦点复合焊接方法
CN104999181B (zh) * 2015-07-27 2017-08-11 哈尔滨工业大学 一种激光‑InFocus电弧双焦点复合焊接方法
CN105215550A (zh) * 2015-08-12 2016-01-06 上海航天精密机械研究所 双焦点激光束焊接异种材料界面反应调控方法
CN105081573A (zh) * 2015-09-17 2015-11-25 中国电子科技集团公司第四十八研究所 3a21铝合金外壳的激光密封焊接工艺
CN105108341A (zh) * 2015-10-09 2015-12-02 哈尔滨工业大学 一种中厚超高强钢板激光-mag焊接方法
CN105149785A (zh) * 2015-10-28 2015-12-16 无锡汉神电气有限公司 0.5mm铝合金板搭接激光焊接工艺
CN105397288B (zh) * 2015-12-07 2017-04-26 中色科技股份有限公司 一种等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法
CN105397288A (zh) * 2015-12-07 2016-03-16 中色科技股份有限公司 一种等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法
CN106624366A (zh) * 2016-11-18 2017-05-10 北京工业大学 一种双激光—双丝旁路电弧复合的焊接方法
CN106493471A (zh) * 2016-12-19 2017-03-15 中国矿业大学 一种激光‑mig复合焊减少高碳钢焊接裂纹的方法
CN106735904A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 柳州振业焊接机电设备制造有限公司 铝合金的激光焊接方法
US11806808B2 (en) 2016-12-26 2023-11-07 Arcelormittal Method for butt laser welding two metal sheets
CN110582371B (zh) * 2017-04-03 2021-08-31 通用汽车环球科技运作有限责任公司 提高焊接表面品质的光滑方法
CN110582371A (zh) * 2017-04-03 2019-12-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 提高焊接表面品质的光滑方法
CN109093259A (zh) * 2017-06-21 2018-12-28 深圳市联赢激光股份有限公司 一种双波长复合送丝焊接方法
CN107186339A (zh) * 2017-07-19 2017-09-22 成都新柯力化工科技有限公司 一种减少激光焊接气孔的方法
CN107363399A (zh) * 2017-08-16 2017-11-21 温州大学 一种电弧辅助激光焊的方法
CN107363407A (zh) * 2017-08-16 2017-11-21 温州大学 一种多焦点激光加强电弧复合焊的方法
CN107999916B (zh) * 2017-12-11 2019-12-03 哈尔滨工业大学 一种异种材料的双光束激光-tig复合填丝熔钎焊方法
CN107999916A (zh) * 2017-12-11 2018-05-08 哈尔滨工业大学 一种异种材料的双光束激光-tig复合填丝熔钎焊方法
CN109943790A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 北京有色金属研究总院 一种喷射成形铝合金中气孔缺陷的消除方法
CN111526965A (zh) * 2017-12-26 2020-08-11 安赛乐米塔尔公司 利用第一和第二前激光束以及后激光束对接激光焊接两个金属板的方法
CN111526965B (zh) * 2017-12-26 2021-12-31 安赛乐米塔尔公司 利用第一和第二前激光束以及后激光束对接激光焊接两个金属板的方法
CN108406100A (zh) * 2018-05-07 2018-08-17 电子科技大学 一种降低铝合金激光焊接气孔的方法
CN108453374A (zh) * 2018-05-10 2018-08-28 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种铝合金的双光束激光焊接方法及装置
CN110499503A (zh) * 2018-05-16 2019-11-26 孔源 一种高效双光束光内同轴送粉熔覆头光路结构及加工方法
CN110499503B (zh) * 2018-05-16 2021-10-01 孔源 一种高效双光束光内同轴送粉熔覆头光路结构及加工方法
CN112292915B (zh) * 2018-06-29 2023-02-17 罗伯特·博世有限公司 电子器件用的壳体的制造方法
CN112292915A (zh) * 2018-06-29 2021-01-29 罗伯特·博世有限公司 电子器件用的壳体的制造方法
CN111673280A (zh) * 2020-06-23 2020-09-18 华北水利水电大学 一种t型接头搭接焊用双束并行激光焊接装置及方法
CN111940905B (zh) * 2020-08-17 2021-12-03 沈阳飞机工业（集团）有限公司 薄板钛合金t型接头双侧的同轴双焦距激光填丝焊接方法
CN111940905A (zh) * 2020-08-17 2020-11-17 沈阳飞机工业（集团）有限公司 薄板钛合金t型接头双侧的同轴双焦距激光填丝焊接方法
CN112091429A (zh) * 2020-08-21 2020-12-18 广东省科学院中乌焊接研究所 一种铝合金焊接方法
CN112548335A (zh) * 2020-12-10 2021-03-26 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种铝合金厚壁构件的窄间隙双光束激光填粉焊接方法及设备
CN113941776A (zh) * 2020-12-10 2022-01-18 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种厚板超高功率双光束激光-高频脉冲深熔tig复合焊接的方法
CN112846658A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 中核北方核燃料元件有限公司 一种消除中厚钢锁底型焊缝内气孔的方法
CN113210857A (zh) * 2021-04-01 2021-08-06 西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司 一种铸造铍铝合金激光焊接的方法
CN113182688A (zh) * 2021-04-06 2021-07-30 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种厚板窄间隙双光束激光填丝高效焊接方法
CN113182688B (zh) * 2021-04-06 2022-06-17 哈尔滨焊接研究院有限公司 一种厚板窄间隙双光束激光填丝高效焊接方法
CN113305439A (zh) * 2021-05-13 2021-08-27 上海电机学院 双束脉冲激光分时诱导mag电弧定向摆动堆焊装置

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