CN114273774B - 一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法，包括准备阶段、焊接阶段和焊后修复阶段。本发明通过激光焊高能束流的特性，配合激光脉冲的精准控制，将可焊性极差的铝合金铸件基体瞬时熔化后，与熔化的焊丝形成金属熔物填补在铸造缺陷处，达到修复铸造缺陷的目的，焊接热输入极小，修复后的铸件完全达到加工形位精度无变化、高品质焊缝质量的要求。

Description

一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法。

背景技术

复杂结构的铝合金铸造产品，在铸造过程中不可避免地会存在小气孔、微小夹渣、砂眼等铸造缺陷，并且这些铸造缺陷只有在机械加工全部完成后才会显露，特别是处在产品密封面上的缺陷，虽然尺寸小但却会对产品的密封性能造成致命影响，最终导致铸件的报废。

焊接是修复铝合金铸造缺陷的高效方法之一，但受铸件材料的可焊性和焊接变形的限制，直接影响铝合金铸造缺陷的焊接修复质量。

激光焊接是高能束流焊接方法之一，其以焊缝品质高、效率高、能量密度高、焊接变形小的特性，而主要应用于精密高端产品的焊接。由于激光焊接的光斑很小，对焊缝装配间隙要求非常高，工业应用还不广泛，近年来随着光纤激光技术、跟踪监测技术、自动摆动焊接等技术的应用，手持激光焊接技术取得了长足的进步。手持激光焊具有灵活、便捷、工艺可达性强、焊接高能量、高精准度等特点，是解决铝合金铸造缺陷焊接修复中材料可焊性和变形控制难题的最有效途径之一。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法，通过激光焊高能束流的特性，配合激光脉冲的精准控制，将可焊性极差的铝合金铸件基体瞬时熔化后，与熔化的焊丝形成金属熔物填补在铸造缺陷处，达到修复铸造缺陷的目的，焊接热输入极小，修复后的铸件完全达到加工形位精度无变化、高品质焊缝质量的要求。

为了实现本发明之目的，采用以下技术方案：

一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法，包括以下步骤：

步骤（1）准备阶段：

根据铝合金铸件材质选择适宜的焊接材料；焊丝直径与激光功率相适应；

将铸件的铸造缺陷清洁干净，并进行油污清洁；

按下列设定手持激光焊具的焊接工艺参数：

激光功率：400-1500W、激光频率：6000-10000Hz、振镜速度：100-1000mm/s、振镜宽度：0-4mm；

步骤（2）焊接阶段：

（2.1）打底层焊接采用短时大功率工艺，根据铸件的形状大小和修复部位结构，在保证焊缝根部熔合的前提下，控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接一定时间，停下检查焊接区域温度上升情况，控制焊点区域温度保持在30-60℃以内，保证修复铸件形位尺寸精度不变；

（2.2）填充、盖面层的焊接同样控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接一定时间，停下检查焊接区域温度上升情况，焊点区域温度始终控制在30-60℃以内，保证修复铸件形位尺寸精度不变；

步骤（3）焊后修复阶段。

进一步地，步骤（1）中，对于可焊性差的铝合金铸件包括2A12、2024、7A09、7A19，选用抗裂性能优异的焊丝SAl4043、SAl1070；对可焊性尚可的铝合金铸件包括5A06、5083、6061、6063，选用强度及抗裂性能兼顾的焊丝SAl5356、SAl5183。

进一步地，步骤（1）中，焊丝直径与激光功率相适应，φ0.5mm～φ0.8mm的焊丝，激光功率约100～1500W，φ1.0mm～φ1.6mm的焊丝，激光功率约800～2000W，并根据铸件的大小及部位适当调整匹配。

进一步地，步骤（2）中，打底层焊接采用短时大功率工艺，激光功率800-1400W焊接时间0.5-3s；在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长0.5-3s；

填充、盖面层的焊接同样控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长0.5-6s。

进一步地，步骤（3）中，焊后修复包括：

（3.1）焊接完成后，保持焊缝外观饱满、无表面缺欠；

（3.2）打磨修平焊缝，外形与铸件平整一致；

（3.3）砂纸抛光，达到铸件外观要求。

步骤（1）中，用试件调试焊接工艺规范，优选激光功率小、激光频率高、振镜速度快的小线能量工艺规范，检查设备正常运行、焊接外观质量合格可靠。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明采用手持激光焊接方法成功解决了铸造缺陷焊接修复的工艺难题，使较深窄的沟槽底部铸造缺陷、小尺寸面上的微小铸造缺陷及可焊性较差铝合金材料的铸造缺陷，均能够实现焊接修复，获得高质量焊缝，达到修复铸件的使用要求，取得了十分良好的应用效果。具体如下：

1、现有手工焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊及等离子焊等方法对较深窄的密封沟槽底部铸造缺陷无法进行焊接修补。手持激光焊接方法焊枪与工件可进行无接触焊接，轻松解决这一焊枪可达性难点问题，焊接修复合格率可达100%。

2、现有手工焊条电弧焊、TIG、MIG及等离子焊等方法对2mm以下的微小铸造缺陷焊接修补后，焊点尺寸一般为6-10mm以上，对于一些尺寸较小的凸台、沟槽面将会造成严重的破坏。手持激光焊接方法可进行焊接精准控制，可控制焊点尺寸仅比缺陷尺寸大0.5mm内，并保证焊后铸件形位尺寸保持不变。

3、现有手工焊条电弧焊、TIG、MIG及等离子焊等方法对可焊性较差的铸造材料，无法将焊材与母材熔合形成有效焊缝，不能进行焊接修复。手持激光焊接方法由于能量密度大、光斑精准可调，焊接原理类似于激光熔覆，难熔铝合金母材与焊材瞬间熔化、迅速凝固形成焊点，热影响范围极小可进行焊接控制，能成功解决大部分可焊性较差的铸造缺陷的焊接修复难题。

4、激光焊工业应用一般为自动焊接方式，因其焊接机头外形较大，铸件内腔、沟槽底部等部位的铸造缺陷无法进行焊接。手持激光焊枪操作灵活、工艺可达性强，相较自动激光焊接方式，在铸造缺陷焊接修补中结构部位覆盖范围广泛，应用优势明显。

5、本发明申请的手持激光焊接修复方法的工艺参数中激光功率、激光频率、振镜速度、振镜宽度等参数非常关键，是手持激光焊接修复成功率的可靠保证。现有的焊接修复方法如：手工焊条电弧焊、TIG、MIG及微束等离子焊等焊接方法修复铝合金铸造缺陷中，可焊性较好的4系列、5系列铝合金，焊点合格率也只能达到60-70%，可焊性较差的2系列、7系列铝合金，焊点合格率基本为零，其修复铸件的形位尺寸精度根本无法保证，如果是精加工后铸件，其修复后的形位尺寸的合格率基本为零。本发明的手持激光焊接整体修复合格率能达到100%，并保证精加工铸件修复后的形位尺寸精度不变。

附图说明

图1为本发明铝合金铸件密封沟槽底部缺陷位置示意图。

具体实施方式

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本实施例的铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法，分三个步骤进行：修复准备阶段、焊接阶段、焊后修复阶段。

实施的焊接设备为江苏国源激光智能装备制造有限公司生产的型号为GY-FLW1500的手持激光焊接器。

实施的焊接工件为：铝合金铸造薄壁壳体，其尺寸φ550X400，壁厚：5mm，焊丝选用：ER4043，直径φ0.8mm。

1、修复准备阶段

将铝合金铸造壳体的铸造缺陷（缩孔、夹杂、气孔等）清除干净，即将待焊区域的铸造残渣、氧化层用机械清理的方法（如：锉刀、扁铲、錾子、电动工具等）手工清除，至能够看见金属光泽，然后用无水酒精清洗待焊区域；将铸件的铸造缺陷清洁干净，并用无水酒精进行油污清洁；

按表1设定手持激光焊机的焊接工艺参数，用铝合金小片试件调试焊接工艺规范，优选工艺规范参数为激光功率800W、激光频率9000Hz、振镜速度300mm/s、振镜宽度1mm。

2、焊接阶段

焊接规范采用短时大功率工艺，焊接工艺参数见表1。

表1 手持激光焊接工艺参数

根据铸件的形状大小和修复部位结构，在保证焊缝根部熔合的前提下，控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长1s，停下检查焊接区域温度上升情况，焊点区域温度始终控制在40℃以下，保证修复铸件形位尺寸精度不变。

3、焊后修复阶段

焊接完工后，检查焊缝外观应饱满、无缺欠，不允许有裂纹、未熔合，焊点表面不得有气孔、夹渣，不得虚焊。

打磨修平焊缝，外形与铸件平整一致，用砂纸抛光，达到铸件外观要求。

本实施例中，铝合金壳体密封面铸造缺陷修复合格率：从25%提高到100%；铝合金壳体密封沟槽内铸造缺陷修复合格率：从0提高到100%；铝合金壳体铸造缺陷修复后形位尺寸精度合格率：从28%提高到100%；铝合金铸造壳体缺陷整体修复合格率：从20%提高到100%。成功解决了铝合金壳体铸件缺陷焊接修复难题，取得十分良好的修复效果。

实施例2

本实施例的铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法。

实施的焊接设备为江苏国源激光智能装备制造有限公司生产的型号为GY-FLW1500的手持激光焊接器。

实施的焊接工件为某产品标准台，尺寸为1200X400X600（mm）的框架结构铝合金铸件。

1、修复准备阶段

按表1设定手持激光焊机的焊接工艺参数，用铝合金小片试件调试焊接工艺规范，优选工艺规范参数为激光功率1500W、激光频率10000Hz、振镜速度800mm/s、振镜宽度2mm。

2、焊接阶段

焊接规范采用短时大功率工艺，焊接工艺参数见表1。

表1 手持激光焊接工艺参数

根据铸件的形状大小和修复部位结构，在保证焊缝根部熔合的前提下，控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长2s，停下检查焊接区域温度上升情况，焊点区域温度始终控制在60℃以下，保证修复铸件形位尺寸精度不变。

其余与实施例1相同。

本实施例中，铝合金标准台密封面铸造缺陷修复合格率：100%；铝合金标准台密封沟槽内铸造缺陷修复合格率：100%；铝合金标准台铸造缺陷修复后形位尺寸精度合格率：100%；铝合金铸造标准台缺陷整体修复合格率：100%。成功解决了标准台铝合金铸件缺陷焊接修复难题，取得优异的修复效果。

实施例3

本实施例的铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法。

实施的焊接设备为江苏国源激光智能装备制造有限公司生产的型号为GY-FLW1500的手持激光焊接器。

实施的焊接工件为某产品接线盒，尺寸为200X80X60（mm）的方盒薄壁铝合金铸件。

1、修复准备阶段

按表1设定手持激光焊机的焊接工艺参数，用铝合金小片试件调试焊接工艺规范，优选工艺规范参数为激光功率1000W、激光频率10000Hz、振镜速度400mm/s、振镜宽度1mm。

2、焊接阶段

焊接规范采用短时大功率工艺，焊接工艺参数见表1。

表1 手持激光焊接工艺参数

根据铸件的形状大小和修复部位结构，在保证焊缝根部熔合的前提下，控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长0.5s，停下检查焊接区域温度上升情况，焊点区域温度始终控制在30℃以下，保证修复铸件形位尺寸精度不变。

其余与实施例1相同。

本实施例中，铝合金接线盒密封面铸造缺陷修复合格率：100%；铝合金接线盒密封沟槽内铸造缺陷修复合格率：100%；铝合金接线盒铸造缺陷修复后形位尺寸精度合格率：100%；铝合金铸造接线盒缺陷整体修复合格率：100%。成功解决了接线盒铝合金铸件缺陷焊接修复难题，取得突出的修复效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种铝合金铸件缺陷激光焊接修复方法，包括以下步骤：

步骤（1）准备阶段：

根据铝合金铸件材质选择适宜的焊接材料；焊丝直径与激光功率相适应；

将铸件的铸造缺陷清洁干净，并进行油污清洁；

按下列设定手持激光焊具的焊接工艺参数：

激光功率：400-1500W、激光频率：6000-10000Hz、振镜速度：100-1000mm/s、振镜宽度：0-4mm；

步骤（2）焊接阶段：

（2.1）打底层焊接采用短时大功率工艺，根据铸件的形状大小和修复部位结构，在保证焊缝根部熔合的前提下，控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接一定时间，停下检查焊接区域温度上升情况，控制焊点区域温度保持在30-60℃以内，保证修复铸件形位尺寸精度不变；

（2.2）填充、盖面层的焊接同样控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接一定时间，停下检查焊接区域温度上升情况，焊点区域温度始终控制在30-60℃以内，保证修复铸件形位尺寸精度不变；

步骤（3）焊后修复阶段；

步骤（1）中，对于可焊性差的铝合金铸件包括2A12、2024、7A09、7A19，选用抗裂性能优异的焊丝SAl4043、SAl1070；对可焊性尚可的铝合金铸件包括5A06、5083、6061、6063，选用强度及抗裂性能兼顾的焊丝SAl5356、SAl5183；

步骤（1）中，焊丝直径与激光功率相适应，φ0.5mm～φ0.8mm的焊丝，激光功率100～1500W，φ1.0mm～φ1.6mm的焊丝，激光功率800～2000W，并根据铸件的大小及部位适当调整匹配；

步骤（2）中，打底层焊接采用短时大功率工艺，激光功率800-1400W，焊接时间0.5-3s；在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长0.5-3s；

填充、盖面层的焊接同样控制热输入，在激光焊接工艺参数固定的条件下，焊接时长0.5-6s。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，焊后修复包括：

（3.1）焊接完成后，保持焊缝外观饱满、无表面缺欠；

（3.2）打磨修平焊缝，外形与铸件平整一致；

（3.3）砂纸抛光，达到铸件外观要求。

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