CN201172149Y - 一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于高功率激光加工技术领域，特别涉及一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置。包括有第一分光反射镜、第二分光反射镜、第一聚焦镜和第二聚焦镜。其中，从激光器发出的主光束通过第一分光反射镜和第二分光反射镜分为第一分光束和第二分光束，第一分光束和第二分光束分别通过第一聚焦镜和第二聚焦镜聚焦为第一聚焦光束和第二聚焦光束，第一聚焦光束和第二聚焦光束作用于工件的表面，第一聚焦光束和第二聚焦光束在工件表面产生的两光斑中心点之间的连线与焊接方向平行。本实用新型可以不需要任何焊前预处理，简单方便的大幅度减少铝锂合金焊缝中的气孔，节省资源、防止污染并且提高效率。
Description
技术领域
本实用新型属于高功率激光加工技术领域，特别涉及一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置。
背景技术
铝锂合金是航空、航天领域常用的轻金属结构材料，这些结构常采用焊接工艺制造，20世纪60年代以来常使用氬弧焊工艺、90年代以来也采用激光焊接工艺。但是，铝锂合金焊缝中的气孔比常规铝合金的更为严重，这主要是由于锂和氧的亲和力很强，使得铝锂合金表面在高温加工成材的过程中很容易形成疏松氧化膜，这层表面氧化膜极易吸附周围环境中的水分，焊接时导致氢原子进入熔池，在焊后冷却过程中导致铝锂合金焊缝中存在严重的氢气孔，使焊缝的强度下降，严重降低了焊接接头质量。目前，公知的减少铝锂合金焊缝气孔的方法主要是在焊前准备时对加工表面进行严格处理，采用的主要方法有真空炉中预除气法、使用机械加工工艺铣削掉氧化膜、或对其表面进行化学铣削即采用碱洗的方法，在NaOH溶液中侵蚀后再用HNO3洗掉反应物。虽然采用这些方法可以控制铝锂合金激光焊接时的气孔产生，但是在大规模工业应用时，大量的铝锂合金焊接会由于这样的焊前准备工作使用大量的人力、花费大量的时间，从而延长结构制造的有效周期，而且大量工业溶剂的使用势必造成很大的二次污染。
实用新型内容
本实用新型提供一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置，该装置完全不需要上述焊前预处理过程，就可以达到大幅度减少铝锂合金焊缝气孔的目的。不但减少了铝锂合金焊前处理步骤，减少了不必要的污染和浪费，还可以有效提高其焊缝质量。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置，包括有第一分光反射镜、第二分光反射镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜。其中，从激光器发出的主光束通过第一分光反射镜和第二分光反射镜分为第一分光束和第二分光束，第一分光束和第二分光束分别通过第一聚焦镜和第二聚焦镜聚焦为第一聚焦光束和第二聚焦光束，第一聚焦光束和第二聚焦光束作用于工件的表面，第一聚焦光束和第二聚焦光束在工件表面产生的两光斑中心点之间的连线与焊接方向平行。
所述的工件表面的两个光斑中心点之间的距离大于0且小于等于10mm。
所述的第一聚焦光束8和第二聚焦光束9之间的夹角为22°～30°。
所述的第一聚焦光束8和第二聚焦光束9的光功率比例为：第一聚焦光束8的光功率比例调节范围为大于0且小于等于70％，第二聚焦光束9的光功率比例调节范围为大于等于30且小于100％。
本实用新型的原理：通过分光装置把一束激光分成可以调节角度的两束激光，两束激光的功率分配如上述可以相同，也可以不同。并分别通过聚焦镜聚焦。当用于减少1420铝锂合金激光焊接气孔时，两焦点连线平行于焊接方向，前一束光通过调节离焦量来增大光斑面积降低焦斑密度，后一束光的焦点作用在前一束光同一表面上。前一束光用来重熔工件表面，后一束光用来焊接工件。表面氧化膜在前一束光的辐照下燃烧和气化，而重熔时熔深极浅，重熔层中基本不存在氧化膜造成的气孔；后一束光在焊接时便处于已没有氧化膜的重熔表面状态，这样就可以极大地减少焊缝中由氧化膜的影响形成的氢气孔，达到大幅度减少气孔、提高焊缝质量的目的。同时，由于后一束光是辐照在前一束光形成的液态熔池表面，因此提高了液体金属对激光的吸收，从而有效地提高了激光的利用效率。
本实用新型的有益效果是：可以不需要任何焊前预处理，简单方便的大幅度减少铝锂合金焊缝中的气孔，节省资源、防止污染并且提高效率。
附图说明
图1是本实用新型的光路原理图
图2是两束激光聚焦后的角度形成光路原理图
图3是工件表面加工示意图
图中：1、主光束，2、第一分光反射镜，3、第二分光反射镜，4、第一分光束，5、第二分光束，6、L1位置第一聚焦镜，6’、L2位置第一聚焦镜，7、第二聚焦镜，8、第一聚焦光束，9、第二聚焦光束，10、工件，11、第三聚焦光束，12、焊缝。
具体实施方式
下面结合附图1～3对本实用新型作进一步说明。
本实施例将从一个激光源产生的一束激光分为两束激光，然后，采用两个独立的焊接头将分光后的两束激光分别聚焦，并汇聚于工件的同一个表面进行同步施焊。本实施例中焊接所需的两束激光是由一台CO2激光器产生的一束激光通过分光的方式获得。
如图1～图3所示，本实施例包括有第一分光反射镜2、第二分光反射镜3、第一聚焦镜和第二聚焦镜7。激光器发出的主光束1通过第一分光反射镜2和第二分光反射镜3分为左右两个光束，即第一分光束4和第二分光束5。第一分光束4和第二分光束5通过左右两个聚焦镜(第一聚焦镜6和第二聚焦镜7)分别聚焦，聚焦后的光束，即第一聚焦光束8和第二聚焦光束9作用于工件10表面的同一个水平位置，两个聚焦光束在工件表面形成的两个光斑中心点之间的距离为0.5-1.5mm。
第一聚焦光束8和第二聚焦光束9之间的角度为22°或30°。设置第一分光束4的传输路径长分别为L1和L2，当第一聚焦镜6位于路径L1位置时，第一聚焦光束8和第二聚焦光束9之间的夹角为22°；当第一聚焦镜6’位于路径L2位置时，第三聚焦光束11和第二聚焦光束9之间的夹角为30°。
本实施例中的第一分光反射镜2相对于主光束1的径向可以左右移动，可以精确调整左右两个光束(第一聚焦光束8和第二聚焦光束9)的光功率比例，其中第一聚焦光束8的光功率比例调节范围为大于0且小于等于70％，第二聚焦光束9的光功率比例调节范围为大于等于30且小于100％。
为了达到去除氧化膜、减少焊前预处理的目的，在激光焊接时，采用两束光斑的中心连线平行于焊接方向的方法。第二聚焦束光9作用在工件10表面上达到重熔表面消除氧化膜的目的，第一聚焦束光8与第二聚焦束光9的光斑中心点保持0.5～1.5mm的距离聚焦在工件表面上达到焊接的目的，形成焊缝12。
典型的铝锂合金对接焊工艺参数为：板厚1.9mm，扩散冷却(slab)CO2激光器，激光功率3500W，两束光夹角22°，两束光功率分配相同，两焦点距离0.5～1.5mm，第二聚焦光束9离焦量+20mm，第一聚焦光束8离焦量0mm，焊接速度2m/min。
Claims (4)
1、一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置，其特征在于：包括有第一分光反射镜(2)、第二分光反射镜(3)、第一聚焦镜和第二聚焦镜(7)；其中，从激光器发出的主光束(1)通过第一分光反射镜(2)和第二分光反射镜(3)分为第一分光束(4)和第二分光束(5)，第一分光束(4)和第二分光束(5)分别通过第一聚焦镜(6)和第二聚焦镜(7)聚焦为第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)，第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)作用于工件(10)的表面，第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)在工件(10)表面产生的两光斑中心点之间的连线与焊接方向平行。
2、根据权利要求1所述的一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置，其特征在于：所述的工件(10)表面的两个光斑中心点之间的距离大于0且小于等于10mm。
3、根据权利要求1或权利要求2所述的一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置，其特征在于：所述的第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)之间的夹角为22°～30°。
4、根据权利要求1或权利要求2所述的一种减少1420铝锂合金激光焊接气孔的装置，其特征在于：所述的第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)的光功率比例为：第一聚焦光束(8)的光功率比例为大于0且小于等于70％，第二聚焦光束(9)的光功率比例为大于等于30且小于100％。
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