CN1302889C - 采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法 - Google Patents

采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1302889C
CN1302889C CNB2005100634648A CN200510063464A CN1302889C CN 1302889 C CN1302889 C CN 1302889C CN B2005100634648 A CNB2005100634648 A CN B2005100634648A CN 200510063464 A CN200510063464 A CN 200510063464A CN 1302889 C CN1302889 C CN 1302889C
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
laser
welding wire
gap
weld
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100634648A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1657223A (zh
Inventor
肖荣诗
康黎
杨武雄
陈铠
左铁钏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CNB2005100634648A priority Critical patent/CN1302889C/zh
Publication of CN1657223A publication Critical patent/CN1657223A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1302889C publication Critical patent/CN1302889C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法属于激光材料加工技术领域。铝合金对激光的吸收率低，焊缝成型差，焊接过程稳定差，易形成孔洞，产生热裂纹、气孔。本发明特征在于：焊接前，接头处预留1～10mm大小的间隙，激光与工件表面成30°～75°倾斜入射，焊丝垂直于工件表面或与工件表面法线夹角为15°以内送入上述间隙中，激光束熔化焊丝对该间隙进行填充，从而实现工件的联接。本发明还包括与焊丝同轴输送保护气；间隙的形式为带顿边的V型或U型坡口。本方法通过改变激光、焊丝和保护气的输入方式，大大改善了焊接过程的稳定性、对熔池实现了更有效保护，提高了加工效率。

Description

采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法
技术领域
一种采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法属于激光材料加工技术领域。
背景技术
铝及其合金是有色金属中用途最广的轻金属之一。它具有密度小、重量轻、比强度高、导电与导热性好且具有较好的耐腐蚀性、无磁性、良好的成型性、低温性能，随着航空、航海、汽车工业的发展；石油化工、电信和原子能及空间技术等新兴工业的崛起，铝合金的使用量在日益增加，因而在国民经济中占有很重要的地位。
在飞机、汽车和机车车辆等制造业中，高强铝合金主要是作为薄壁结构使用的。长期以来，这些行业中铝合金板材结构的主要连接直到目前仍然使用落后的加工工艺-铆接。就其原因，主要是传统的焊接方法(如火焰、电弧、等离子体等)热源是发散的，能量密度较低，而铝合金的导热性又极强，因此焊接速度低，热输入量大，造成焊接接头性能较差，而铝合金大的热膨胀系数又使得焊接结构的变形量大。
与传统的焊接热源不同，激光具有优良的传输和聚焦特性，经过聚焦镜组后可以将全部能量集中一点。因此，激光焊接可以使用最少的能量作用于最小的区域。由于能量高度集中，因此作用时间也大大缩短，即加工速度大大提高，从而得到极其细小的焊缝组织，并且近缝区的热影响最小。同时保证了焊接接头具有很好的性能，焊接结构的变形也很小。
但是，铝合金的激光焊接在八十年代初期还被认为是不可能的，这主要是由于铝合金对激光的高反射和自身的高导热性，使得铝合金对激光的吸收率低，焊缝成型差。除此之外，铝合金的激光焊接还存在其他一些难点：
1)因其电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过热和扩展，焊接过程稳定差。
2)铝合金属于典型的共晶合金，在激光焊接快速凝固条件下更容易产生热裂纹；
3)由于激光焊接的冷却速度太快，气泡不易上浮析出，容易产生气孔。
4)液态铝合金流动性良好、表面张力低，焊接过程的不稳定造成焊接熔池剧烈振荡，容易出现咬边、焊缝成型不连续，严重时造成小孔突然闭合而在焊缝产生直径较大的工艺孔洞或小孔在闭合前由向外喷发的等离子体将液态金属吹出熔池而形成孔洞。
随着针对铝合金激光焊接的研究越来越多，大量激光焊接开始应用于许多领域。但是随着铝合金焊接厚度的增加，所需激光功率增大，金属表面在高能密度激光作用下瞬间气化形成致密的等离子体，它对激光具有屏蔽作用，使得焊接过程难于保证，由于焊接过程的不稳定造成焊接缺陷成为厚板(≥2mm)铝合金激光焊接的主要问题。
填充焊丝的使用，能对等离子体进行有效地干预，改善对激光的吸收情况，使得整个焊接过程稳定，获得均匀的无缺陷焊缝，同时，填充材料的使用有效地阻止了裂纹的形成，改善了焊缝的性能。
但是随着铝合金板焊接厚度的增大，其熔深增大，而焊丝又不能深入到焊缝内部，由于在一定的焊接条件下存在最佳的送丝参数，那些对热裂纹非常敏感的高强铝合金，采用填充焊丝往往不能提供足够的填充材料，特别是当焊接速度较高或着板厚较大时焊接熔池中母材与焊丝材料混和不均匀，在焊缝下部也会产生热裂纹。并且，小孔的深度加大，小孔周围受到的来自于熔池对它的压力增大，这就使小孔在焊接过程中更加难于维持稳定，从而造成焊接过程的不稳定，甚至使厚板焊接无法进行。
由于铝合金激光焊接一次性焊接深度有限，对于一些超大厚度(≥15mm)的铝合金，很难实现有效联接。通常对于超大厚度的铝合金焊接，一般采用开坡口或预留一定窄间隙的多层填丝激光焊接的工艺方法。填充焊丝的高强铝合金激光焊接质量有赖于焊丝的对位精度和对焊接过程的有效保护，焊丝送进过程的干扰会立即导致焊缝缺陷的产生，不恰当的送气方式也会使得焊接过程的稳定性难于保证，同时，保护效果变差，焊缝中会有大量气孔产生。传统的焊接方法，由于受到间隙或坡口的限制，送丝和送气的稳定性都会受到影响，使焊接质量变差。
针对目前大厚度铝合金板材激光焊接存在的诸多上述难点，我们发明了一种激光焊接方法：采用填充焊丝、光致等离子体控制气和熔池保护气体同轴垂直送进、激光束倾斜入射，用千瓦级激光器成功实现了大厚板铝合金的窄间隙激光多层焊接，并且能够完全避免了高强铝合金厚板激光焊接裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于大厚度的铝合金激光焊接方法。本方法通过改变激光、焊丝和保护气的输入方式，大大改善了焊接过程的稳定性、对熔池实现了更有效保护，提高了加工效率。
本发明的技术方案参见附图(1)，采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法，其特征在于：焊接前，接头处预留1～10mm大小的间隙，激光与工件表面成30°～75°倾斜入射，焊丝垂直于工件表面或与工件表面法线夹角为15°以内送入上述间隙中，激光束熔化焊丝对该间隙进行填充，从而实现工件的联接。
以上所述的采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法，其特征在于：与焊丝同轴输送保护气。
以上所述的采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法，其特征在于：间隙的形式为带顿边的V型或U型坡口。
本发明的基本原理是：
工件联接处预留1～10mm大小的窄间隙，焊丝垂直于工件表面送入间隙，激光倾斜入射熔化焊丝对窄间隙进行填充。焊接过程中产生的大量等离子体，由于激光入射角度与工件表面成30°～75°，等离子体的运动方向不与激光束同轴，等离子体对激光的入射状态影响减弱，而焊丝与等离子运动方向几乎一致，如果选用合适的送丝送气参数，通过焊丝和窄间隙两侧的母材对等离子体热量的吸收，就能更有效地对等离子体形态进行干预，改善熔池对激光的吸收情况，使焊接过程更稳定。
同时，填充焊丝抑止了细长突出支晶的生长，晶体组织得到细化，避免了焊缝中热裂纹的产生。另外，同轴送丝送气的方式，使焊丝、熔滴和熔池始终处在保护气和等离子体控制气中，焊接过程的稳定性和保护效果都大大提高，焊缝中裂纹、气孔出现几率降低，焊接质量得到很大提高。
而在对开带顿边的V型和U型的大厚度铝合金进行激光焊接时，其所开坡口相对于送丝送气喷嘴较小，喷嘴不能进入坡口把焊丝直接送达熔池。而要保证焊接过程熔滴过渡稳定，焊缝成形好，焊丝的直线度非常重要。采用本发明的垂直送丝方式相对于一定角度的侧向送丝减小了喷嘴出口到熔池的长度，这提高了焊丝的直线度和送丝的稳定性，从而使焊接过程的稳定性增加，焊接质量得到提高。
对大厚度铝合金板进行多层激光焊接时，除第一层外，以后每层焊缝的质量直接依赖于前一层焊接层质量的好坏，每一层焊接表面的不平整，都会造成后一层焊缝成形不好。对于开窄间隙的大厚度铝合金板焊接，由于一次激光焊接铝合金板深度有限，通常需要进行多层焊接，常用的焊接方法焊接质量较差，焊接稳定性难于控制，加工效率低。本发明综合上述诸多优点，焊接过程稳定性大大增强，焊接质量得到很大提高，最终获得均匀无缺陷焊缝，提高了加工效率。
附图说明：
图1：采用窄间隙的填充焊丝的激光铝合金焊接方法示意图，1、激光束 2、焊丝 3、熔池 4、焊缝 5、保护气体 6、窄间隙 7、焊接工件 8、送气送丝喷嘴
图2：本发明中工件所开坡口截面图：9.U形坡口 10.顿边
图3：采用常用的激光垂直入射，焊丝和保护气体倾斜输入的焊接方法，焊接铝合金焊缝截面成型图。
图4：采用本发明方法焊接铝合金焊缝表面成型图。
图5：采用本发明方法焊接铝合金实物外观图。
图6：采用本发明方法焊接铝合金焊缝截面成型图。
具体实施方式
以下为本发明的实施例与效果比较。
实验采用CO2激光器参数为：波长10.6μm，功率3500W。
实验所用铝合金材料为：2219，板厚：20mm。
窄间隙形式：带顿边双面对称U形坡口，顿边大小：4mm，U形坡口大小：3mm。
激光入射角度：30°，焊丝和保护气同轴垂直于工件表面送入窄间隙。
图3与图6为在CO2激光器焊接铝合金2219，CO2激光器参数为以上条件，工件预留窄间隙、焊接速度、送丝速度和保护气流量相同的条件下，采用常用的激光垂直入射，焊丝和保护气体与工件表面成45°倾斜输入的焊接方法和采用本发明的焊接方法的焊缝截面成型图比较。图4、图5为采用本发明焊接铝合金2219焊缝表面成型图和焊缝尺寸大小图。由图3可以看出，采用通常用的焊接方法所得焊缝的气孔比较多，焊接质量差。由图6可以看出，采用本发明所得焊缝的气孔明显减少，无裂纹，焊接质量得到很大提高。由图4可以看出，焊缝表面光滑，平整度好，说明本发明焊接过程稳定；由图5可以看出，本发明焊接厚度可达20mm。

Claims (3)

1.一种采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法，其特征在于：焊接前，接头处预留1～10mm大小的间隙，激光与工件表面成30°～75°倾斜入射，焊丝垂直于工件表面或与工件表面法线夹角为15°以内送入上述间隙中，激光束熔化焊丝对该间隙进行填充，从而实现工件的联接。
2.根据权利要求1所述的采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法，其特征在于：与焊丝同轴输送保护气。
3.根据权利要求1所述的采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法，其特征在于：间隙的形式为带顿边的V型或U型坡口。
CNB2005100634648A 2005-04-11 2005-04-11 采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法 Expired - Fee Related CN1302889C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100634648A CN1302889C (zh) 2005-04-11 2005-04-11 采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100634648A CN1302889C (zh) 2005-04-11 2005-04-11 采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1657223A CN1657223A (zh) 2005-08-24
CN1302889C true CN1302889C (zh) 2007-03-07

Family

ID=35007032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100634648A Expired - Fee Related CN1302889C (zh) 2005-04-11 2005-04-11 采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1302889C (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101941119B (zh) * 2010-09-10 2013-04-03 北京工业大学 一种激光填丝连接铝合金与钢的方法
CN101954542A (zh) * 2010-09-29 2011-01-26 哈尔滨工业大学 颗粒增强金属基复合材料激光填丝-熔注焊接方法
CN102059452B (zh) * 2010-12-22 2014-04-02 哈尔滨工业大学 窄间隙三光束激光焊接方法
CN102225494B (zh) * 2011-06-07 2013-05-01 上海交通大学 激光电弧复合双丝窄坡口焊接方法
CN102229020B (zh) * 2011-06-21 2013-04-24 华南理工大学 一种熔化极气体保护焊枪
CN103252578A (zh) * 2012-02-17 2013-08-21 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种用于超导线圈盒的窄间隙激光填丝焊接方法
CN102922142A (zh) * 2012-10-30 2013-02-13 张立国 一种激光加工的方法
CN104772567B (zh) * 2015-04-23 2016-05-04 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 降低起弧和收弧缺陷的激光焊接方法
CN106181031B (zh) * 2016-07-11 2018-05-11 长沙理工大学 一种铝合金激光焊接方法
CN106994543A (zh) * 2017-04-27 2017-08-01 山东五征集团有限公司 一种差速器壳与大齿圈的连接结构及连接方法
CN107755882A (zh) * 2017-10-17 2018-03-06 西安飞机工业（集团）有限责任公司 一种大型钛合金构件激光增材连接方法
DE102018210773A1 (de) * 2018-06-29 2020-01-02 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren eines Gehäuses für eine Elektronik
CN108941899A (zh) * 2018-07-05 2018-12-07 大族激光科技产业集团股份有限公司 镭雕装置及其镭雕方法
CN110052710A (zh) * 2019-03-27 2019-07-26 江苏集萃先进金属材料研究所有限公司 一种铝合金激光焊接方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4216025A (en) * 1979-04-03 1980-08-05 Anthony Monti Sugar crystallization process
JPH09182983A (ja) * 1995-12-30 1997-07-15 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ溶接用照射器
JPH09201687A (ja) * 1996-01-26 1997-08-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 狭開先レーザ溶接方法
US5760365A (en) * 1995-11-06 1998-06-02 The Regents Of The University Of Calif. Narrow gap laser welding
JP2001246465A (ja) * 2000-03-06 2001-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスシールド式アーク溶接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4216025A (en) * 1979-04-03 1980-08-05 Anthony Monti Sugar crystallization process
US5760365A (en) * 1995-11-06 1998-06-02 The Regents Of The University Of Calif. Narrow gap laser welding
JPH09182983A (ja) * 1995-12-30 1997-07-15 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ溶接用照射器
JPH09201687A (ja) * 1996-01-26 1997-08-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 狭開先レーザ溶接方法
JP2001246465A (ja) * 2000-03-06 2001-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスシールド式アーク溶接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1657223A (zh) 2005-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1302889C (zh) 采用填充焊丝的窄间隙铝合金激光焊接方法
Baqer et al. Challenges and advances in laser welding of dissimilar light alloys: Al/Mg, Al/Ti, and Mg/Ti alloys
Huang et al. Laser wire-feed metal additive manufacturing of the Al alloy
CN103862178B (zh) 一种消除铝合金激光焊接气孔的方法
Li et al. Investigation on weldability of magnesium alloy thin sheet T-joints: arc welding, laser welding, and laser-arc hybrid welding
CN101941119B (zh) 一种激光填丝连接铝合金与钢的方法
WO2022083013A1 (zh) 一种铝合金薄板大间隙对接的摆动激光填丝焊方法
JP2021521009A (ja) 複合溶接連続溶接方法及び装置、溶接製品、車体
CN111545912A (zh) 一种铝合金厚壁构件的窄间隙激光圆形振荡运动填丝焊接方法
AU2020103796A4 (en) A Laser-GMA Arc Composite Heat Source Wire-filled Welding Method
CN102357734A (zh) 一种激光填丝焊接连接2xxx与7xxx异种铝合金的方法
CN106378530A (zh) 一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法
CN1274451C (zh) 一种通过粉末强化吸收的铝合金激光焊接方法
Chen et al. Influence of welding angle on the weld morphology and porosity in laser-arc hybrid welding of AA2219 aluminum alloy
Cheng et al. Underwater wire-feed laser deposition of thin-Walled tubular structure of aluminum alloy
Zhang et al. Surface morphology and kerf quality during fiber laser cutting of high volume fraction SiC particles-reinforced aluminum matrix composites
Xiao et al. Influence of wire addition direction in C02 laser welding of aluminum
CN112475602A (zh) 一种消除铝锂合金t型接头激光焊接气孔的方法
CN208772728U (zh) 激光氩弧复合焊接机
CN116393823A (zh) 激光焊接方法
Iwase et al. Dual-focus technique for high-power Nd: YAG laser welding of aluminum alloys
CN107627026A (zh) 一种铝合金的激光焊接方法
CN115070212A (zh) 薄铝合金板的激光辅助mig复合焊接工艺
CN110788503B (zh) 一种45#钢/锡铅合金先进异种金属复合结构成形方法
CN106825912A (zh) 一种铝合金激光深熔焊接气孔的抑制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee