CN112108767A - 一种铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，将收弧过程分为五个步骤：第一步：设定离焦量改变起始点为收弧起始点a，在焊缝结束位置设定收弧终止点b；第二步：设定焊接离焦量和收弧离焦量；第三步：设定焊接激光入射角度和收弧激光入射角度；第四步：当激光焦点达到a点时，离焦量从焊接离焦量向收弧离焦量线性变化，同时使激光入射角度从焊接激光入射角度向收弧激光入射角度线性变化；第五步：激光作用范围达到收弧终止点时，保持离焦量和激光入射角度不变，激光功率线性下降到零，结束收弧。本发明通过控制收弧过程中离焦量和激光入射角度从而防止双激光束双侧同步焊接收弧过程产生的裂纹、凹坑、气孔以及残余应力集中等缺陷，本发明在实际生产中具有较大的应用价值。

Description

一种铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金T型结构双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法。
背景技术
铝合金由于其密度低，强度高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等众多优良性能，被越来越多的应用于航空航天领域。在火箭筒段以及飞机壁板上，铝合金蒙皮与铝合金桁条的传统连接方式为铆接。由于其效率低下、气密性不足、铆钉增重等诸多缺点，采用焊接来代替传统铆接是必然的趋势。激光焊接技术具有焊接效率高，焊缝成形性好、焊接能量集中、热影响区窄、焊后残余应力低、气密性好等优点，特别适用于铝合金蒙皮-桁条T型结构的焊接。
铝合金T型结构双激光束双侧同步焊接时，由于激光热输入对铝合金焊缝成形影响较大，焊接收弧过程中热输入急剧降低导致在焊接收弧时产生凹坑、气孔、裂纹等缺陷，从而破坏了焊缝成形性、降低焊缝力学性能。在实际焊接生产中，较为常用的铝合金焊接收弧缺陷消除方法有三种：第一种是在焊缝收尾处放置收弧板，使焊缝在收弧板上进行收弧，从而避免产品的焊缝部位出现收弧缺陷；第二种是焊后对收弧缺陷进行补焊。第三种是延长焊接路径，将收弧缺陷留在可去除位置，焊完后将收弧缺陷去除。采用收弧板的方式由于对收弧板加工精度和装配精度要求很高，降低了焊接效率。补焊的方法由于焊接过程可能重新造成其他缺陷，同时也会降低焊接效率。延长焊接路径的方法由于浪费焊接母材且不适用于焊接尺寸要求较高的焊件。综上，目前所存在的收弧方法均无法在充分发挥双激光束双侧同步焊接的优势同时降低收弧缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种铝合金双激光束双侧同步焊接的收弧缺陷消除方法，旨在提供一种不需要外加装置和步骤，在保证焊接效率的同时消除收弧缺陷的高效收弧方法，克服铝合金激光焊接收弧时易产生凹坑、裂纹等缺陷问题，获得良好的焊缝外观以及力学性能。
本发明采用如下的技术方案实现：
第一步：设定离焦量改变起始点为收弧起始点，在焊缝结束位置设定收弧终止点。第二步：设定焊接离焦量和收弧离焦量。第三步：设定焊接激光入射角度和收弧激光入射角度。第四步：当激光焦点达到a点时，离焦量从焊接离焦量向收弧离焦量线性变化，同时使激光入射角度从焊接激光入射角度向收弧激光入射角度线性变化。第五步：激光作用范围达到收弧终止点时，保持离焦量和激光入射角度不变，激光功率线性下降到零，结束收弧。
作为本发明专利的进一步改进，设定收弧过程起始点距焊缝结束位置距离为a＝5mm。
作为本发明专利的进一步改进，设定焊接离焦量为0mm，设定收弧离焦量为3mm。
作为本发明专利的进一步改进，离焦量从焊接离焦量向收弧离焦量线性变化，离焦量改变速率为25mm/s。
作为本发明专利的进一步改进，设定焊接激光入射角度为90°，设定收弧激光入射角度为120°。
作为本发明专利的进一步改进，激光入射角度从焊接激光入射角度向收弧激光入射角度线性变化，激光角度变化速率根据焊接改。
作为本发明专利的进一步改进，收弧过程中焊接速度保持原有焊接速度2.5m/min。
作为本发明专利的进一步改进，入射角度改变后，光斑变成椭圆形，光斑尾部能量较低，起到保温作用，减小焊缝温度梯度，降低残余应力。
作为本发明专利的进一步改进，离焦量的改变通过振镜偏转来实现，激光入射角度通过设定程序控制机器人夹持激光头偏转实现。
本发明的有益效果是，通过在收弧过程中增大离焦量，改变激光入射角度，从而解决激光焊接收弧过程中由于热输入迅速下降产生的凹坑、裂纹、气孔等缺陷，避免在收弧过程中出现激光焊接过程的不稳定，在保证激光焊接效率的同时，达到减小收弧缺陷的目的。
附图说明
图1是铝合金T型结构双激光束双侧同步焊接示意图；
图2是收弧过程示意图(俯视图)；
图3是收弧过程中的激光作用范围变化示意图；
图4是收弧过程中熔池变化示意图。
图中：1为焊接激光束，2为蒙皮，3为焊缝，4为桁条，5为焊接方向，6为焦点，7为焊接激光入射角度，8为收弧激光入射角度，a为收弧起始点，b为收弧终止点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图2所示，当激光焦点达到a点时，焊接速度保持不变，离焦量从焊接离焦量向收弧离焦量线性变化，收弧离焦量根据材料厚度以及焊接速度决定，激光入射角度从焊接激光入射角度向收弧激光入射角度变化，激光角度变化速率为250°/s，随着离焦量增大激光作用范围如图3所示，随着离焦量增大，激光作用范围逐渐增大，激光功率不变的情况下，热输入更加分散，熔池深度逐渐降低如图4所示，当激光到达b点时，保持收弧离焦量和收弧激光入射角度的同时，使激光功率线性下降到零。
需要说明的是，当焊接材料不同或材料尺寸不同时，收弧起始点a和收弧终止点b之间的距离根据实际焊接收弧缺陷尺寸决定，收弧离焦量根据材料种类以及材料尺寸决定。
实施例1：2219铝合金T型结构双激光束双侧同步激光焊接
T型接头的壁板和筋板均为厚度为5mm的2219铝合金。双激光束双侧同步焊接时，焊接总功率为7500W，每个激光头的功率为3750W，保护气为氩气，保护气流量为15L/min，焊接速度为33.3mm/s，收弧过程中，焊接速度不变。当激光到达a点时，进入收弧阶段：a点距离焊缝结束距离5mm，到达a点后，离焦量从0mm向3mm线性变化，变化速率为20mm/s，激光相对于焊接方向的角度从一开始的90°向120°线性变化，变化速率为200°/s，经过0.15s激光从a点运动到b点。当激光到达收弧结束位置b点时，保持离焦量3mm不变，激光入射角度与焊接方向成120°，焊接速度直接降为零，同时激光功率按照每个激光头3750W/s的速率线性降低至零。根据此方法得到的焊缝收弧处没有出现焊穿，裂纹，气孔等缺陷，且凹坑深度小于0.5mm。
实施例2：Al-Li合金T型结构双激光束双侧同步激光焊接
T型接头的壁板和筋板均为厚度为2.5mm的5A90铝锂铝合金。双激光束双侧同步焊接时，焊接总功率为5000W，每个激光头的功率为2500W，保护气为氩气，保护气流量为15L/min，焊接速度为40mm/s，收弧过程中，焊接速度不变。当激光到达a点时，进入收弧阶段：a点距离收弧终止点b距离2mm，到达a点后，离焦量从0mm向1.5mm线性变化，变化速率为30mm/s，激光相对于焊接方向的角度从一开始的90°向120°线性变化，变化速率为600°/s，经过0.05s激光从a点运动到b点。当激光到达收弧结束位置b点时，保持离焦量1.5mm不变，激光入射角度与焊接方向成120°，焊接速度直接降为零，同时激光功率按照每个激光头2500W/s的速率线性降低至零。根据此方法得到的焊缝收弧处没有出现焊穿，裂纹，气孔等缺陷，且凹坑深度小于0.2mm。

Claims (9)

1.一种铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
第一步：设定离焦量改变起始点为收弧起始点a，在焊缝结束位置设定收弧终止点b；第二步：设定焊接离焦量和收弧离焦量；第三步：设定焊接激光入射角度和收弧激光入射角度；第四步：当激光焦点达到a点时，离焦量从焊接离焦量向收弧离焦量线性变化，同时使激光入射角度从焊接激光入射角度向收弧激光入射角度线性变化；第五步：激光作用范围达到收弧终止点时，保持离焦量和激光入射角度不变，激光功率线性下降到零，结束收弧。
2.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于设定收弧过程起始点距焊缝结束位置距离为5mm。
3.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于设定焊接离焦量为0mm，设定收弧离焦量为3mm。
4.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于离焦量从焊接离焦量向收弧离焦量线性变化，离焦量改变速率为25mm/s。
5.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于设定焊接激光入射角度为90°，设定收弧激光入射角度为120°。
6.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于激光入射角度从焊接激光入射角度向收弧激光入射角度线性变化，激光入射角度变化速率为250°/s。
7.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于收弧过程中焊接速度保持原有焊接速度不变。
8.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于入射角度改变后，光斑变成椭圆形，光斑尾部能量较低，起到保温作用，减小焊缝温度梯度，使残余应力下降。
9.根据权利要求1所述的铝合金双激光束双侧同步焊接收弧缺陷消除方法，其特征在于离焦量的改变通过振镜偏转来实现，激光入射角度通过设定程序控制机器人夹持激光头偏转实现。
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