CN108406100A - 一种降低铝合金激光焊接气孔的方法 - Google Patents

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魏敦文
黄月双
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Abstract

本发明公开了一种降低铝合金激光焊接气孔的方法，包括在准直透镜和聚焦透镜之间安装摆动模块，通过摆动模块驱动激光喷嘴做二维摆动运动，实现激光光束的二维摆动运动。本发明的降低铝合金激光焊接气孔的装置及方法，能够有效减少激光焊接时的气孔。

Description

一种降低铝合金激光焊接气孔的方法
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种降低铝合金激光焊接气孔的方法。
背景技术
传统焊接方法，激光焊接具有热输入小、焊接变形小、焊后接头性能损伤较轻，设备成本相对较低、且易于实现柔性化生产的特点。但是由于铝合金自身的特点，激光焊接过程中极易产生气孔缺陷，气孔的存在会破坏金属的致密性，削弱焊缝的有效截面积，极大的降低焊缝的力学性能和耐腐蚀性能，焊缝内部气孔问题一直是铝合金激光焊接的难题。
为改善铝合金激光焊接内部气孔问题，国内外的学者提出了双光束激光焊接，可以有利于增大小孔直径，提高小孔稳定性。双光束激光焊接，通常是将激光用分光镜分成两束,当两束激光作用距离较近时,可以形成一个较大的熔池和小孔。在合适的光束间距下焊接,双激光形成一个大的深熔小孔,不易闭合且有蒸汽的排出,因而能改善激光焊接过程的稳定性及减少焊接气孔激光进行分束。但这种方式会降低激光能量密度，中厚板铝合金激光焊时对激光器的功率要求较高。
通过降低焊接速度，增大气孔逸出的时间来降低焊缝气孔率的方法也被用于改善激光焊接的气孔率，但是该方法会大大提高焊缝热输入，增大焊接变形。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有的激光焊接过程中存在气孔问题，提供一种降低铝合金激光焊接气孔的方法，能够有效减少激光焊接时的气孔。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种降低铝合金激光焊接气孔的方法，在准直透镜和聚焦透镜之间安装摆动模块，通过摆动模块驱动激光喷嘴做二维摆动运动，实现激光光束的二维摆动运动。
进一步地，所述的二维摆动运动的运动轨迹为直线、圆形、正弦或余弦。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
在焊接时,通过光束的摆动可有效稳定激光焊接过程,改善焊缝表面成形,由于光束扫描增加了液态熔池的流动形，光束对熔池的搅拌作用更有利于焊缝中气孔的逸出，减少了激光焊接时的气孔。
附图说明
图1为本发明的激光光束摆动示意图；
图2为本发明的焊缝轨迹图，其中，a)、b)、c)、d)分别为“”，“○”，“正弦”以及“余弦”摆动模式下焊缝轨迹图；
图3为现有技术的激光焊接的焊缝表面及X光气孔图；
图4为本发明的实施例1得到的焊缝表面及X光气孔图；
图5为本发明的实施例2得到的焊缝表面及X光气孔图；
图6为本发明的实施例3得到的焊缝表面及X光气孔图；
图7为本发明的实施例4得到的焊缝表面及X光气孔图。
附图标记：
1-激光喷嘴，2-焊缝，3-工件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明不用于限定本发明。
本文所有实施例均采用以下参数：使用7mm厚度的5A06铝合金试板上进行激光堆焊的方式，激光焊接功率为4000W，激光焊接速度为1800mm/min,光斑直径0.4mm，焊接离焦量为0，焊接过程中采用99.99％的高纯氩气进行侧吹保护，气体流量为15-18L/min。其中光束扫描频率均固定为200Hz，扫描幅值为2mm。
参照图1，图2，本发明的降低铝合金激光焊接气孔的装置，包括安装在准直透镜和聚焦透镜之间的摆动模块，所述摆动模块能够驱动激光喷嘴1做二维摆动运动、以实现激光光束的二维摆动运动。如图1中所示，激光喷嘴1在工件3上做焊接，工件3表面形成焊缝。准直透镜、聚焦透镜均采用现有技术来实现，本实施例不做具体限制，而摆动模块图中未示出，本领域技术人员可根据现有的方法来实现，只要能够驱动激光喷嘴1实现本申请的各种摆动运动，如““○”，“”，“正弦”以及“余弦””的二维摆动运动。
实施例1，采用“”的光束摆动模式。
参照图4，由焊缝表面和横截面图可以看出，对于实施例1,相较于常规激光焊接，采用“”光束摆动模式的激光焊接，焊缝表面成形优于常规焊接,焊接过程更稳定,气孔率为35.3％，相比未摆动时39.9％的气孔率，焊缝气孔有所减少。
实施例2，采用“○”的光束摆动模式。
参照图5，由焊缝表面和横截面图可以看出，对于实施例2,相较于常规激光焊接，采用“○”光束摆动模式的激光焊接，焊缝表面成形优于常规焊接,焊接过程更稳定,气孔率为23.2％，相比未摆动时减少了16.7％。
实施例3，采用“正弦”的光束摆动模式。
参照图6，由焊缝表面和横截面图可以看出，对于实施例3,相较于常规激光焊接，采用“正弦”光束摆动模式的激光焊接，焊缝表面成形明显优于常规焊接,焊接过程更稳定,焊缝中的气孔率明显降低，仅为12.3％。
实施例4，采用“余弦”的光束摆动模式。
参照图7，由焊缝表面和横截面图可以看出，对于实施例4,相较于常规激光焊接，采用“余弦”光束扫描模式的激光焊接，焊缝表面成形明显优于常规焊接,焊接过程更稳定，所产生的工艺气孔也得到非常好的改善，焊后X光底片中未发现明显的气孔。
以上所述,相较于现有的激光焊接来讲，由于光束扫描增加了液态熔池的流动形，光束对熔池的搅拌作用更有利于焊缝中气孔的逸出。由图3、4、5、6、7可以看出，随着光束扫描的加入，焊缝成形外观均有一定程度的改善，焊缝的鱼鳞纹逐渐变得圆滑。通过改变激光扫描的模式后，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，图4、5、6、7可以看出，焊缝表面平整光滑,说明其焊接过程稳焊缝纵截面中气孔数量大大降低。气孔率的降低和焊缝表面形态的改善，说明了本发明的实际意义一消除铝合金激光焊接工艺气孔以及改善焊缝成形。

Claims (2)

1.一种降低铝合金激光焊接气孔的方法，其特征在于，在准直透镜和聚焦透镜之间安装摆动模块，通过摆动模块驱动激光喷嘴做二维摆动运动，实现激光光束的二维摆动运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二维摆动运动的运动轨迹为直线、圆形、正弦或余弦。
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