CN110539078A - 一种5a06/zl114a异种铝合金件对接激光摆动焊接方法 - Google Patents

一种5a06/zl114a异种铝合金件对接激光摆动焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，属于焊接技术领域。该方法包括：将5A06铝合金件ZL114A铝合金件对接摆放，形成待焊接结构，待焊接结构的焊接深度为3～5mm；采用激光摆动焊接工艺对所述待焊接结构进行焊接，得到初始焊接件，焊接时，激光束入射角度为90°，激光功率为4500‑5000W，焊接速度为1500～1800mm/min，光斑直径为0.2～0.3mm，离焦量为‑1～1mm，摆动频率为100～300Hz，摆动幅值为1～3mm；对所述初始焊接件再次进行激光摆动焊接，得到最终产品，焊接时，激光束入射角度为80～85°，激光功率为1000‑2000W，焊接速度为2000～2200mm/min，光斑直径为0.1～0.2mm，离焦量为3～6mm，摆动频率为200～300Hz，摆动幅值为2.5～3mm。该方法得到的焊缝无咬边、凹坑、凸点、表面或近表面气孔，内部质量满足GB/T 22085.2—2008标准严格B级要求，无内部裂纹及气孔。

Description

一种5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别提供了一种5A06/ZL114A异种铝合金薄壁件对接激光摆动焊接方法。
背景技术
随着航空航天技术的应用和发展，铝合金的在该领域的应用越来越广泛。铝合金材料可有效减轻产品重量，提高产品性能。激光焊接能量高度集中，可以显著提高焊接速度，实现高精度、低变形的焊接特性。铝合金激光焊接可以极大提高加工速度，降低焊后变形，相比传统连接方法，具有明显优势。但铝合金激光焊接的焊接过程稳定性较差，等离子波动较大，容易形成焊缝表面或近表面的咬边、凹坑、焊瘤、表面或近表面气孔等成形缺陷。焊缝成形缺陷，如咬边、凹坑和气孔等会影响焊缝接头质量，使焊件有效工作截面变小，机械性能随之下降，给产品带来安全隐患。
激光摆动焊接技术，是指在传统激光枪头位置安装一个摆动模块，通过摆动模块对枪头施加周期性摆动激励，使激光束呈现同样周期性运动轨迹。随着与待焊产品的性对运动，会在焊接方向上形成一条周期性变化的焊接轨迹，如“1”“o”“∞”“8”等形状。在激光摆动焊接过程，激光束在摆动模块作用下实现高频周期性运动，一方面会使焊缝反复重熔，增大熔池面积，可以对成形缺陷起到改善作用；同时增大激光束的作用面积，提高匙孔稳定性，有利于减少焊缝成形缺陷的产生，因而通常采用激光摆动焊接技术来进行铝合金焊接。
由于5A06铝合金和ZL114A铝合金理化性能有一定差异，当5A06铝合金件和ZL114A铝合金件焊接深度为3～5mm时，二者采用常规的激光摆动焊接工艺对接时焊缝依然存在咬边、凹坑和气孔焊缝缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，该方法得到的焊缝无咬边、凹坑、凸点、表面或近表面气孔，内部质量满足GB/T 22085.2—2008标准严格B级要求，无内部裂纹及气孔。
本发明的技术解决方案是：
一种5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，包括以下步骤：
(1)将5A06铝合金件及ZL114A铝合金件对接摆放，形成待焊接结构，所述待焊接结构的焊接深度为3～5mm；
(2)采用激光摆动焊接工艺对所述待焊接结构进行焊接，得到初始焊接件，焊接时，激光束入射角度为90°，激光功率为4500-5000W，焊接速度为1500～1800mm/min，光斑直径为0.2～0.3mm，离焦量为-1～1mm，摆动频率为100～300Hz，摆动幅值为1～3mm；
(3)将所述初始焊接件冷却至室温后再次进行激光摆动焊接，得到最终产品，焊接时，激光束入射角度为80～85°，激光功率为1000～2000W，焊接速度为2000～2200mm/min，光斑直径为0.1～0.2mm，离焦量为3～6mm，摆动频率为200～300Hz，摆动幅值为2.5～3mm。
在一可选实施例中，步骤(2)中焊接时，激光束沿焊接方向前进，且前进时，所述激光束以平行于焊缝的直线为对称轴进行1型、O型、∞型或8型摆动。
在一可选实施例中，步骤(3)中的激光束沿焊接方向前进，且前进的同时以平行于焊缝的直线为对称轴进行1型、O型、∞型或8型摆动。
在一可选实施例中，步骤(2)中激光束进行O型摆动，步骤(3)中激光束进行∞型摆动。
在一可选实施例中，步骤(2)中焊接时采用质量浓度不低于99.99％的高纯惰性气体进行保护，正面侧吹气流量为15～20L/min，背部保护气流量为4～6L/min。
在一可选实施例中，步骤(3)中焊接时采用质量浓度不低于99.99％的高纯惰性气体进行正面保护，正面侧吹气流量为15～20L/min。
在一可选实施例中，步骤(2)中焊接时采用的激光器为YLS-6000光纤激光器和IPG焊接头。
在一可选实施例中，步骤(3)中焊接时采用的激光器为通快激光器和IPG焊接头。
在一可选实施例中，步骤(1)之前还包括：
将铝合金件焊缝周围的氧化皮、油污清理干净，露出白亮色金属本体，然后采用挥发性有机溶剂擦拭干净。
本发明与现有技术相比的有益效果包括：
本发明实施例提供的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，通过先对对接结构进行一次激光摆动焊接，该焊接过程匙孔稳定确保焊缝熔深以及内部质量满足要求，然后再对焊缝进行二次激光摆动焊接，通过较低功率下的摆动焊接，消除在较大功率的焊接情形下产生的咬边及凹坑等表面成形缺陷，确保焊缝无咬边、凹坑、凸点、表面或近表面气孔，同时内部质量满足标准要求，性能良好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的入射角示意图；
图2为1型摆动示意图；
图3为O型摆动示意图；
图4为∞型摆动示意图；
图5为8型摆动示意图；
图6为实施例1提供的焊缝图；
图7为实施例2提供的焊缝图；
图8为对比例提供的焊缝图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将5A06铝合金件及ZL114A铝合金件对接摆放，形成待焊接结构，所述待焊接结构的焊接深度为3～5mm；
本发明实施例中，步骤(1)之前可以先将铝合金件焊缝周围的氧化皮、油污清理干净，露出白亮色金属本体，然后采用挥发性有机溶剂擦拭干净；
所述铝合金件可以为平板状结构，还可以是薄壁筒状结构等，焊接厚度为3～5mm；
步骤(2)、采用激光摆动焊接工艺对所述待焊接结构进行焊接，得到初始焊接件，焊接时，激光束入射角度为90°，激光功率为4500～5000W，焊接速度为1500～1800mm/min，光斑直径为0.2～0.3mm，离焦量为-1～1mm，摆动频率为100～300Hz，摆动幅值为1～3mm；
步骤(3)、将所述初始焊接件冷却至室温后再次进行激光摆动焊接，得到最终产品，焊接时，如图1所示，激光束入射角度α为80～85°，激光功率为1000～2000W，焊接速度为2000～2200mm/min，光斑直径为0.1～0.2mm，离焦量为3～6mm，摆动频率为200～300Hz，摆动幅值为2.5～3mm。
本发明实施例提供的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，通过先对对接结构进行一次激光摆动焊接，该焊接过程匙孔稳定确保焊缝熔深以及内部质量满足要求，然后再对焊缝进行二次激光摆动焊接，通过较低功率下的摆动焊接，消除在较大功率的焊接情形下产生的咬边及凹坑等表面成形缺陷，确保焊缝无咬边、凹坑、凸点、表面或近表面气孔，同时内部质量满足标准要求，性能良好。
具体地，如图2～5所示，步骤(2)中焊接时，激光束沿焊接方向前进，且前进时，所述激光束以平行于焊缝的直线为对称轴进行1型、O型、∞型或8型摆动。步骤(3)中的激光束沿焊接方向前进，且前进的同时以平行于焊缝的直线为对称轴进行1型、O型、∞型或8型摆动。
在一可选实施例中，步骤(2)中激光束进行O型摆动，步骤(3)中激光束进行∞型摆动。步骤(2)采用上述摆动焊接方法时，激光焊接的光斑相比于传统激光焊接的光斑明显增大，这将会形成较大的熔池和匙孔，增大了匙孔的曲率半径，增强熔池稳定性，从而也就减小了匙孔缩颈处闭合的趋势，从而降低了工艺型气孔的生成，提高了焊缝内部质量；在步骤(3)中采用的摆动焊接方法，利于在激光功率较小时无法形成匙孔，达不到深熔焊的原理而是形成为“月牙形”的浅层焊接，对焊缝表面进行重熔，对焊缝成形进行改善，消除了在激光大功率焊接时焊缝的咬边、凹坑等表面成形缺陷，使焊缝表面更加均匀，有利于提高焊缝整体强度。
具体地，步骤(2)中焊接时采用质量浓度不低于99.99％的高纯惰性气体进行正反面保护，正面侧吹气流量为15～20L/min，背部保护气流量为4～6L/min；步骤(3)中焊接时采用质量浓度不低于99.99％的高纯惰性气体进行正面保护，正面侧吹气流量为15～20L/min，无需背部保护。
具体地，步骤(2)中焊接时采用的激光器为YLS-6000光纤激光器和IPG焊接头。
具体地，步骤(3)中焊接时采用的激光器为通快激光器和IPG焊接头。
以下为本发明的两个具体实施例：
实施案例1：
本实施例提供了一种4mm厚5A06铝合金板和4mm厚ZL114A铝合金板对接激光摆动焊接方法，具体包括：
(1)激光焊接前将距离焊缝中心20mm范围内的氧化皮、油污等杂质清理干净，将5A06铝合金板和ZL114A铝合金板直接对接摆放在工作台上，并通过压板固定；
(2)采用摆动激光焊接工艺对二者接缝进行焊接，摆动焊接时激光功率P为4500W、激光束垂直入射、焊接速度ν为1800mm/min、光斑直径D为0.3mm、离焦量l为0mm、摆动频率f为300Hz、摆动幅值h为3mm、摆动模式采用“8”模式；采用质量浓度为99.9％的高纯氩气进行正反面保护，正面气体流量为16L/min，背部气体流量为4L/min；
(3)待焊缝自然冷却至室温后，再次对焊缝进行摆动激光焊接，摆动焊接时激光功率P为1500W、激光束起弧时垂直入射，停留0.05s，同时调整入射角度为83°、焊接速度ν为2200mm/min、光斑直径D为0.2mm、离焦量l为5mm、摆动频率f为300Hz、摆动幅值h为3mm、摆动模式采用“∞”模式；采用质量浓度为99.9％的高纯氩气进行正反面保护，正面气体流量为16L/min，无需背部保护。
本实施例焊缝如图6所示，焊缝表面成形良好，经X光无损检测，焊缝内部无气孔及裂纹，表面无咬边和飞溅等成形缺陷，满足GB/T 22085.2—2008标准严格B级要求，焊缝接头综合性能良好。
实施案例2
本实施例提供了一种5mm厚5A06铝合金板和5mm厚ZL114A铝合金板对接激光摆动焊接方法，具体包括：
(1)激光焊接前将距离焊缝中心20mm范围内的氧化皮、油污等杂质清理干净，将5A06铝合金板和ZL114A铝合金板对接摆放在工作台上，并通过压板固定；
(2)采用摆动激光焊接工艺对二者接缝进行焊接，摆动焊接时激光功率P为4800W，激光束垂直入射，焊接速度ν为1800mm/min，光斑直径D为0.3mm，离焦量l为0mm，摆动频率f为300Hz，摆动幅值h为2mm，摆动模式采用“O”模式；采用质量浓度为99.99％的高纯氩气进行正反面保护，正面气体流量为17L/min，背部气体流量为4L/min；
(3)待焊缝自然冷却至室温后，再次对焊缝进行摆动激光焊接，摆动焊接时激光功率P为2000W、激光束起弧时垂直入射，停留0.05s，同时调整入射角度为83°、焊接速度ν为2000mm/min、光斑直径D为0.2mm、离焦量l为5mm、摆动频率f为300Hz、摆动幅值h为3mm、摆动模式采用“∞”模式；采用质量浓度为99.9％的高纯氩气进行正反面保护，正面气体流量为1L/min，无需背部气体保护。
本实施例焊缝如图7所示，焊缝表面成形良好，经X光无损检，焊缝内部无裂纹及气孔，表面无咬边和飞溅等成形缺陷，满足GB/T 22085.2—2008标准严格B级要求，焊缝接头综合性能良好。
对比例
本实施例提供了一种4mm厚5A06铝合金板和4mm厚ZL114A铝合金板对接激光摆动焊接方法，具体包括：
(1)激光焊接前将距离焊缝中心20mm范围内的氧化皮、油污等杂质清理干净，将5A06铝合金板和ZL114A铝合金板直接对接摆放在工作台上，并通过压板固定；
(2)采用摆动激光焊接工艺对二者接缝进行焊接，摆动焊接时激光功率P为4500W、激光束垂直入射、焊接速度ν为1800mm/min、光斑直径D为0.3mm、离焦量l为0mm、摆动频率f为300Hz、摆动幅值h为3mm、摆动模式采用“o”模式；采用质量浓度为99.9％的高纯氩气进行正反面保护，正面气体流量为16L/min，背部气体流量为4L/min。
对比例焊缝如图8所示，焊缝表面成形有一定缺陷，无法满足GB/T 22085.2—2008标准严格B级要求，，经X光无损检测内部无气孔等缺陷。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将5A06铝合金件及ZL114A铝合金件对接摆放，形成待焊接结构，所述待焊接结构的焊接深度为3～5mm；
(2)采用激光摆动焊接工艺对所述待焊接结构进行焊接，得到初始焊接件，焊接时，激光束入射角度为90°，激光功率为4500-5000W，焊接速度为1500～1800mm/min，光斑直径为0.2～0.3mm，离焦量为-1～1mm，摆动频率为100～300Hz，摆动幅值为1～3mm；
(3)将所述初始焊接件冷却至室温后再次进行激光摆动焊接，得到最终产品，焊接时，激光束入射角度为80～85°，激光功率为1000～2000W，焊接速度为2000～2200mm/min，光斑直径为0.1～0.2mm，离焦量为3～6mm，摆动频率为200～300Hz，摆动幅值为2.5～3mm。
2.根据权利要求1所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(2)中焊接时，激光束沿焊接方向前进，且前进时，所述激光束以平行于焊缝的直线为对称轴进行1型、O型、∞型或8型摆动。
3.根据权利要求2所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(3)中的激光束沿焊接方向前进，且前进的同时以平行于焊缝的直线为对称轴进行1型、O型、∞型或8型摆动。
4.根据权利要求3所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(2)中激光束进行O型摆动，步骤(3)中激光束进行∞型摆动。
5.根据权利要求1所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(2)中焊接时采用质量浓度不低于99.99％的高纯惰性气体进行保护，正面侧吹气流量为15～20L/min，背部保护气流量为4～6L/min。
6.根据权利要求1所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(3)中焊接时采用质量浓度不低于99.99％的高纯惰性气体进行正面保护，正面侧吹气流量为15～20L/min。
7.根据权利要求1所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(2)中焊接时采用的激光器为YLS-6000光纤激光器和IPG焊接头。
8.根据权利要求1所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(3)中焊接时采用的激光器为通快激光器和IPG焊接头。
9.根据权利要求1所述的5A06/ZL114A异种铝合金件对接激光摆动焊接方法，其特征在于，步骤(1)之前还包括：
将铝合金件焊缝周围的氧化皮、油污清理干净，露出白亮色金属本体，然后采用挥发性有机溶剂擦拭干净。
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