CN109807419A - 一种双激光扫描熔带焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双激光扫描熔带焊接方法，包括：使用具有矩形截面的带状焊丝，送带机构将带状焊丝送入待焊工件间隙的上方，带状焊丝的宽度方向与焊接方向成一定角度，扫描激光用于熔化带状焊丝，而激光扫描熔带的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，连续激光用于熔化母材，形成熔池，连续激光束焦点与带状焊丝有一定间距，通过调节扫描激光的扫描幅度和频率，控制熔滴平稳流入熔池。本发明提高焊接时对间隙的宽容度，降低了焊接时的装配精度，并且能够精确地控制熔滴流入熔池的过程行为，改变熔滴不同的过渡形式，使焊接过程更加稳定，提高了能量利用率，显著增加熔深、提高焊接效率，焊接效果好，适用于高速焊接以及中厚板焊接。

Description

一种双激光扫描熔带焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种双激光扫描熔带焊接方法。

背景技术

激光焊接技术作为一种新型的加工技术，具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。但是，激光焊接也存在一定缺陷，比如激光焊接需要精确焊接位置，因此对装夹要求也会相应变高，为了控制焊接材料之间的装配间隙，有时需要开发特定的夹具来予以配合。以及在激光焊接的过程中，由于金属材料熔化-凝固过程极短，因此容易产生微观孔洞夹渣等内部缺陷。

目前，大多数激光焊接普遍采用激光填丝焊，提高激光焊接间隙，降低焊接时装配精度，解决装配精度对激光焊接应用的限制问题。但是，存在送丝精度要求高，焊丝稳定性差，光丝相对位置需要准确控制等缺点。为了解决装配精度对激光焊接应用的限制问题，提出了激光-电弧复合焊接技术，该技术既利用了电弧焊接的良好的搭桥性能和对间隙的不敏感性等特点，又利用激光焊接的密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高等特点，提高了激光焊接对间隙的宽容度。但是，由于电弧的加入，增加了焊接过程的热输入，使焊接热变形增大，且激光与电弧相互作用复杂，不容易控制。

随着激光技术的发展，激光扫描焊接是一种新型的激光焊接技术，它通过控制振镜系统中的X和Y轴两个反射镜角度，实现激光束的任意偏转，使激光光斑聚焦在工件表面，激光束能够在一定的范围内摆动，就会使得激光作用区域的面积增大，不仅能够提高激光焊接的间隙适应性，提高焊接效率，而且降低焊件的装配精度要求。

发明内容

本发明是要解决现有激光填丝焊的熔丝效率低、送丝精度要求高、焊丝稳定性差、间隙适应性差的问题，而提出一种双激光扫描熔带焊接方法。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种双激光扫描熔带焊接方法，通过激光扫描熔带和连续激光复合焊接实现，其特征在于，包括：

焊接时，使用具有矩形截面的带状焊丝，送带轮将带状焊丝送入待焊工件间隙的上方，带状焊丝的宽度方向与焊接方向成一定角度，扫描激光用于熔化带状焊丝，而激光扫描熔带的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，连续激光用于熔化母材，形成熔池，连续激光束焦点与带状焊丝有一定间距，通过调节扫描激光的扫描幅度和频率，控制熔滴平稳流入熔池。

上述技术方案中，所述带状焊丝的宽度为0.5～1.5mm，厚度为0.2～0.4mm。

上述技术方案中，所述带状焊丝与工件间隙垂直距离为0.5～1mm，所述间隙大小为0.4～1mm。

上述技术方案中，所述带状焊丝的宽度方向与焊接方向之间的角度范围在5～10度。

上述技术方案中，所述连续激光功率范围在500-6000W。

上述技术方案中，所述连续激光束焦点与带状焊丝间距为0～4mm。

上述技术方案中，所述扫描激光功率范围在500-6000W，激光束的扫描频率在2～500HZ，激光束的扫描幅度A在1/3B～B范围内，B为焊缝熔宽。

上述技术方案中，所述激光束熔化带状焊丝进行扫描的路径为圆形、椭圆形、三角形、矩形、锯齿形等路径。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

相比与传统激光填丝焊接，采用矩形截面的带状焊丝代替传统焊接工艺中的圆形焊丝，焊丝的对中要求大大放宽，提高了焊接时对间隙的宽容度，降低了焊接时的装配精度。

相比与传统激光熔丝或电弧熔丝，采用扫描振镜，振镜的高速偏转使激光束位置不断周期性变化，熔丝速度更快，熔化效率更高，通过控制扫描激光的频率、幅度、扫描轨迹和扫描区域等，能够精确地控制熔滴流入熔池的过程行为，改变熔滴不同的过渡形式，使焊接过程更加稳定。

相比与传统单一激光熔丝焊接，采用扫描激光熔化带状焊丝和连续激光熔化母材的复合焊接，提高了能量利用率，显著增加熔深、提高焊接效率，焊接效果好，适用于高速焊接以及中厚板焊接。

附图说明

图1为本发明的实施例的双激光扫描熔带焊接方法示意图。

其中，附图标记：1为扫描激光器，2为传输光纤，3为扩束镜，4为振镜聚焦装置，5为Y轴振镜，6为X轴振镜，7为连续激光束，8为被焊工件，9为焊缝，10为扫描激光束，11为送带轮，12为带状焊丝，13为连续激光器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种双激光扫描熔带焊接方法，通过扫描激光熔化带状焊丝和连续激光熔化母材的复合实现，其特征在于，包括：

焊接时，使用具有矩形截面的带状焊丝，送带机构将带状焊丝送入待焊工件间隙的上方，带状焊丝的宽度方向与焊接方向成一定角度，扫描激光用于熔化带状焊丝，而激光扫描熔带的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，连续激光用于熔化母材，形成熔池，连续激光束焦点与带状焊丝有一定间距，通过调节扫描激光的扫描幅度和频率，控制熔滴平稳流入熔池。

本发明的技术方案中带状焊丝的宽度为0.5～1.5mm，厚度为0.2～0.4mm，所述带状焊丝与工件间隙垂直距离为0.5～1mm，所述间隙大小为0.4～1mm，所述带状焊丝的宽度方向与焊接方向之间的角度范围在5～10度，所述连续激光功率范围在500-6000W，所述连续激光束焦点与带状焊丝间距为0～4mm，所述扫描激光功率范围在500-6000W，扫描频率2～500HZ，扫描幅度A在1/3B～B范围内，B为焊缝熔宽，所述激光束熔化带状焊丝进行扫描的路径为圆形、椭圆形、三角形、矩形、锯齿形等路径。

当连续激光熔化母材，形成熔池时，扫描激光采用不同的路径熔化带状焊丝，通过控制扫描激光的扫描幅度和频率，控制熔滴平稳流入熔池。一方面采用矩形截面的带状焊丝代替传统焊接工艺中的圆形焊丝，焊丝的对中要求大大放宽，提高了焊接时对间隙的宽容度，降低了焊接时的装配精度。另外一方面采用扫描振镜，振镜的高速偏转使激光束位置不断周期性变化，熔丝速度更快，熔化效率更高，通过控制扫描激光的频率、幅度、扫描轨迹和扫描区域等，能够精确地控制熔滴流入熔池的过程行为，减小了熔滴和熔池的温度梯度以及熔滴对熔池的冲击，实现了熔滴的平稳过渡，弥补熔池单纯依靠表面张力驱动流动的不足，使焊接过程更加稳定。

图1为本发明的实施例的双激光扫描熔带焊接方法示意图；实施例一采用双激光扫描熔带焊接方式，如图1所示的相对位置关系。送带轮11把带状焊丝12送入被焊工件焊缝9的上方，带状焊丝12与焊缝9垂直距离为1mm，使带状焊丝12的宽度方向与焊接方向成5度，连续激光束焦点与带状焊丝间距为1mm，通入保护气体，流量为20L/min，启动扫描激光器1、连续激光器13和送带轮11，扫描激光功率为2000W，连续激光功率为2500W，送带速度为5m/min，控制振镜聚焦装置4中的X轴振镜6和Y轴振镜5，使扫描激光束10对带状焊丝12进行扫描，在一定的频率范围内按照圆形、椭圆形、三角形、矩形、锯齿形轨迹和一定的摆幅实现摆动，随着带状焊丝12不断的送进，在扫描激光束10和连续激光束7的作用下，带状焊丝12和焊缝9不断熔化，形成熔池，并凝固冷却完成双激光扫描熔带焊接。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种双激光扫描熔带焊接方法，通过扫描激光熔化带状焊丝和连续激光熔化母材的复合实现，其特征在于，包括：

焊接时，使用具有矩形截面的带状焊丝，送带轮将带状焊丝送入待焊工件间隙的上方，带状焊丝的宽度方向与焊接方向成预设角度，扫描激光用于熔化带状焊丝，而激光扫描熔带的轨迹根据不同的材料以及焊接要求有不同的方式，连续激光用于熔化母材，形成熔池，连续激光束焦点与带状焊丝有预定间距，通过调节扫描激光的扫描幅度和频率，控制熔滴平稳流入熔池。

2.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：采用双激光扫描熔带焊接方式，通入保护气体，启动扫描激光器、连续激光器和送带轮，控制振镜聚焦装置中的X轴振镜和Y轴振镜，使扫描激光束对带状焊丝进行扫描，在一定的频率范围内按照圆形、椭圆形、三角形、矩形、锯齿形轨迹和预设摆幅实现摆动，随着带状焊丝不断的送进，在扫描激光束和连续激光束的作用下，带状焊丝和焊缝不断熔化，形成熔池，并凝固冷却完成双激光扫描熔带焊接。

3.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：所述带状焊丝的宽度为0.5～1.5mm，厚度为0.2～0.4mm。

4.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：所述带状焊丝与工件间隙垂直距离为0.5～1mm，所述间隙大小为0.4～1mm。

5.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：所述带状焊丝的宽度方向与焊接方向之间的角度范围在5～10度。

6.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：所述连续激光功率范围在500-6000W。

7.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：所述连续激光束焦点与带状焊丝间距为0～4mm。

8.根据权利要求1所述的一种双激光扫描熔带焊接方法，其特征在于：所述扫描激光功率范围在500-6000W，激光束的扫描频率在2～500 HZ，激光束的扫描幅度A在1/3B～B范围内，B为焊缝熔宽。