CN105834587B - 一种焊剂辅助的激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊剂辅助的激光焊接方法，属于激光材料加工技术领域。该方法在常规激光焊接工艺的基础上，于待焊工件焊缝区域背面放置一层厚度超过5mm的焊剂，激光束从工件正面垂直或倾斜入射，对工件进行激光焊接；焊接时，从深熔小孔透射的激光能量及熔池热传导加热熔化焊剂，熔融焊剂覆盖熔池背面，形成对熔池的支撑，改善焊缝背面成形，同时可以隔离空气，实现焊缝的背面起到保护作用。同时熔融焊剂作为辅助热源，可以减缓散热，增加焊接熔深，改善熔池流态，有效减少飞溅、气孔、熔化不足等缺陷。

Description

一种焊剂辅助的激光焊接方法
技术领域
本发明属于激光材料加工技术领域，具体涉及一种焊剂辅助的激光焊接方法。
背景技术
随着交通、能源、核电、航空、航天等工业装备的日趋大型化，高参数化，厚(超厚)板焊接结构的应用越来越广泛，并对焊接变形、接头质量等提出了越来越高的要求。对此主要采用熔化极气体保护焊和埋弧焊，然而较大的焊接坡口、焊接效率低、热输入高和变形大等不足难以满足需求。同时由于电弧的热穿透深度较浅，对于中厚板不能实现单面焊双面一次成形。
激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、热输入小、焊接热影响区小、焊缝晶粒细小、焊接变形小、接头质量高等优点，作为一种先进的高能束焊接技术广泛应用于汽车、船舶、航空航天高端装备核心构件制造领域。近年来，以大功率、高光束质量的光纤激光器、碟片激光器为代表的高亮度工业激光器快速发展，大大推动了激光焊接的工业应用。但是由于激光焊接等离子体/羽辉与激光的强烈相互作用使得通过增大激光功率并不能获得持续的熔深增加，且激光焊接间隙桥接能力不足也限制了其在厚板焊接的应用。与此同时，在高功率激光深熔焊接过程中，会产生大量飞溅、驼峰、下塌等缺陷，难以获得良好的焊缝成形。
针对这些问题，各种改进的激光焊接方法不断出现，如填充材料的激光焊接、激光-电弧复合焊接、真空激光焊接等。虽然这些方法已经解决了一些厚钢板的穿透焊问题，但是并不能完全解决激光焊接的穿透和成形不良难题。
发明内容
针对上述激光焊接中存在的问题，本发明借鉴埋弧焊的基本原理开发一种高效的激光焊接方法，可以有效改善焊缝背面成形，实现单面焊接双面成形。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：激光焊接前，在待焊工件的焊接区域背面放置一层厚度超过5mm的焊剂，激光束从待焊工件的正面垂直或倾斜入射，对工件进行激光焊接。焊接时，从深熔小孔透射的激光能量及熔池热传导加热熔化焊剂，熔融焊剂覆盖熔池背面，形成对熔池的支撑，改善焊缝背面成形，同时又可以隔离空气，实现焊缝的背面保护。
所述激光焊接为单纯激光焊接或激光-电弧复合焊接，其中待焊工件可以开坡口或不开坡口。
所述激光束为CO2激光、YAG激光、光纤激光或半导体激光。
所述焊剂为普通烧结焊剂或定制焊剂。
焊剂厚度为5-30mm。再厚也可以，只是出于成本的考虑建议30mm以内。
本发明的基本原理是：在常规激光焊接工艺条件下，将一定厚度焊剂层放置于待焊工件底部。焊接时，从深熔小孔透射的激光能量和熔池热传导作用加热熔化焊剂，焊剂熔化后覆盖于熔池背面，形成对熔池的支撑，改善焊缝背面成形，同时熔融焊剂能够使焊缝金属与外界空气隔离，对焊缝熔化金属起到保护作用，焊缝背面则不需要惰性气体的保护就可以得到下表面成型良好的焊缝。另一方面，熔融的焊剂会吸收焊件所散失的热量，可以减缓散热，起到辅助热源的作用，导致焊缝深度增加，同时可以很大程度的改善焊缝熔池流态，使焊接过程中焊件的温度分布更均匀，提高熔池混合的均匀性。这样就可以极大改善焊缝的表面成型，以及减少飞溅、气孔、熔化不足等缺陷。
本发明所述的技术方案，操作简单、工艺适应性强，可以大大提高焊接熔池深度，更容易达到穿透焊的条件。焊剂的使用可以很大程度的改善焊缝熔池流态及表面成型，减少飞溅、气孔、熔化不足等缺陷。激光焊接过程中溶剂会熔化成熔渣，可以使底部焊缝金属与外界空气隔离，对熔化金属起到了很好的保护作用。与不加焊剂相比，作为辅助热源的焊剂可以提高焊接速度，增加焊接熔深，使焊接效率显著提高。焊剂辅助的激光焊接方法在高性能金属材料结构的激光穿透焊接领域具有较高的技术和经济意义。
附图说明
图1：焊剂辅助的激光焊接方法示意图。
图2：相同工艺参数条件下，常规激光焊接和焊剂辅助激光焊接的14mm不锈钢板上下表面形貌对比。
(a)不加焊剂辅助(b)焊剂辅助
图3：相同工艺参数条件下，常规激光焊接和焊剂辅助激光焊接的14mm不锈钢板焊缝横截面对比。
(a)不加焊剂辅助(b)焊剂辅助
图1中：1、保护气，2、激光束，3、熔池，4、待焊工件，5、焊剂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例的技术方案示意图如附图1所示。在常规激光焊接工艺基础上，于待焊工件4的激光待作用区域底部平铺5mm厚的SJ301烧结焊剂5。激光束2从工件4正面入射，对工件进行激光焊接。焊接过程中，从深熔小孔透射的激光能量与熔池3的热传导作用加热熔化焊剂5，熔融焊剂覆盖熔池背面，形成对熔池的支撑，同时实现对焊缝的背面保护。
实施例中待焊工件为14*30*150mm的不锈钢板，采用单纯激光扫描焊接方式。为了保证焊接质量，在对工件进行焊接之前，对工件待焊表面进行污垢清除，并用浓度为98％的丙酮清洗干净。使用的激光器为IPG公司的YLS—15000光纤激光器。焊接工艺参数为：聚焦镜焦距300mm，离焦量0mm，激光功率15000W，焊接速度2.7m/min，保护气为15L/min的Ar。图2所示为同样工艺参数条件下，采用本发明和常规激光焊接方法焊接的焊缝上下表面成形对比。从图中可以看出，没有焊剂辅助的激光焊接焊缝未焊透，同时工件表面有明显的焊接飞溅颗粒附着，而采用本发明的焊剂辅助的激光焊接方法，14mm厚工件完全焊透，且表面成型良好，几乎未见飞溅颗粒附着。图3所示为图2所示焊缝的横截面对比，从图中可以看出，同样焊接工艺参数条件下，焊剂辅助的激光焊接的熔深至少提高了1.5mm，同时焊缝宽度也有所减小，同时焊缝横截面也未见气孔、裂纹等缺陷，显示本发明可以达到有效提高焊接熔深，减小飞溅产生，改善焊缝成形的效果。

Claims (4)

1.一种焊剂辅助增加不锈钢板激光对接焊熔深的方法，所述的不锈钢板不开设坡口，其特征在于：激光焊接前，在待焊工件焊缝区域背面放置一层厚度超过5mm的焊剂，激光束从工件正面垂直或倾斜入射，焊接时，从深熔小孔透射的激光能量及熔池热传导加热熔化焊剂，熔融的焊剂会吸收焊件所散失的热量，减缓散热，起到辅助热源的作用，导致焊缝深度增加，同时能改善焊缝熔池流态，使焊接过程中焊件的温度分布更均匀，提高熔池混合的均匀性。
2.根据权利要求1所述的一种焊剂辅助增加不锈钢板激光对接焊熔深的方法，其特征在于：所述激光束为CO2激光、YAG激光、光纤激光或半导体激光。
3.根据权利要求1所述的一种焊剂辅助增加不锈钢板激光对接焊熔深的方法，其特征在于：所述激光焊接为单纯激光焊接或激光-电弧复合焊接。
4.根据权利要求1所述的一种焊剂辅助增加不锈钢板激光对接焊熔深的方法，所述焊剂为普通烧结焊剂或定制焊剂。
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