JP7302771B1 - High quality vacuum laser welding method and system for thick dissimilar materials - Google Patents

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Abstract

【課題】大きな溶け込み深さおよび大溶け込みの溶接ビードの一次成形を実現し、溶接効率を向上させるための不等厚板材の真空揺動レーザー溶接方法及びシステムの提供。【解決手段】本発明は、真空レーザー溶接方法及びシステムを開示し、該方法は、ベース層板材と被覆層板材を真空チャンバ内の操作ステージに配置して溶接される複合板材を組み立てチャック固定し、真空チャンバ内の空気を真空引きし、不活性ガスを導入し、実際の必要に応じて、溶接パラメータを設定し、真空チャンバ内に設けられた走行機構は、溶接ビードがスポットの相対運動軌跡で覆われるように操作ステージを動かし、真空環境下でレーザー再溶解によって溶接ビードを表面改質し、溶け込み深さを増加させ、溶接ビードの強度を向上させ、溶接が完了した後に不活性ガスを導入し続け、圧力が一定の時間内で変化しないように保持し、空気を導入した後にチャンバドアを開け、溶接動作を完了する。【選択図】図1A method and system for vacuum oscillating laser welding of plate materials of unequal thickness for realizing primary forming of a weld bead with a large penetration depth and large penetration and improving welding efficiency. The present invention discloses a vacuum laser welding method and system in which a base layer plate and a cover layer plate are placed on an operating stage in a vacuum chamber to assemble and chuck the composite plate to be welded. , the air in the vacuum chamber is evacuated, the inert gas is introduced, the welding parameters are set according to the actual needs, and the traveling mechanism installed in the vacuum chamber makes the welding bead follow the relative movement trajectory of the spot. move the operating stage so that it is covered with the laser remelting in a vacuum environment to modify the surface of the weld bead, increase the penetration depth, improve the strength of the weld bead, and pass the inert gas after the welding is completed. Continue to introduce, keep the pressure unchanged within a certain time, open the chamber door after introducing air, complete the welding operation. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は溶接の技術分野に属し、より具体的には、厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法及びシステムに関する。 The present invention belongs to the technical field of welding, and more particularly to a method and system for high quality vacuum laser welding of thick dissimilar materials.

厚みのある異種材料を溶接した後に圧延するのは厚みのある複合板の製造方法としてよく使用されるもので、化学タンカー、圧力容器及びパイプなどの分野に広く使用されている。この接続方法は、異なる材料にそれぞれの優位性を発揮させることができるが、このような複合板を溶接した溶接ビードは一般的に深さが深く、且つ構造が複雑であるため、溶接の難易度が高く、その品質と効率も保証しにくい。そのため、複合板の溶接ビードの品質と溶接効率をどのように向上させるかは、比較的複雑なシステム工程である。 Welding and then rolling thick dissimilar materials is a commonly used method for manufacturing thick composite plates, and is widely used in chemical tankers, pressure vessels, pipes and other fields. This connection method can make different materials exhibit their respective advantages, but the weld bead that welds such composite plates is generally deep and has a complicated structure, making it difficult to weld. It is difficult to guarantee its quality and efficiency. Therefore, how to improve the weld bead quality and welding efficiency of composite plates is a relatively complex system process.

中国特許CN105127566Aは厚みのある炭素鋼-ステンレス鋼複合板の完全溶け込み溶接方法を開示しており、該方法はサブマージアーク溶接を用いて多層多パス溶接を行うことで、従来の技術におけるこのような厚みのある板の溶接で中間層に亀裂が発生し、ベース層の根元部をクリーニングしにくく、溶接継手が融合されず、強固でないなどの品質問題を解決し、60~250mmの厚みのある炭素鋼-ステンレス鋼複合鋼板を実現し、且つ溶接継手の品質が優れている。中国特許CN112008194Aは複合鋼板の溶接プロセスを開示しており、該方法は基材と加工した両面U形開先に手動アーク多層溶接法を用いることで、被覆層の母材に浸炭現象が発生することを回避し、複合層粒界腐食の要求を満たして溶接ビードの品質を保証する。しかし、以上の2種の方法は両方とも多層多パス溶接に属し、且つ開先加工が必要であるため、溶接効率が非常に低い。中国特許CN11260916Aは複合鋼板とその爆発溶接の生産方法を開示しており、該方法は爆発溶接を採用し、その複合鋼板は耐食、耐高温、強靭性の整合がよく、全体性能が高い特性を有し、且つ生産方法が簡単で実用的で効率的で便利である。しかし、爆発溶接には一定の危険性があり、特殊な場所の要求が必要で、複雑な構造の複合鋼の接続に適さず、溶接品質も保証しにくい。 Chinese patent CN105127566A discloses a full penetration welding method for thick carbon steel-stainless steel composite plates, which uses submerged arc welding to perform multi-layer multi-pass welding, thereby reducing such Solve quality problems such as cracks in the middle layer when welding thick plates, difficult to clean the root of the base layer, welded joints not fused and not strong, etc. The steel-stainless steel composite steel plate is realized, and the quality of the welded joint is excellent. Chinese patent CN112008194A discloses a welding process of composite steel plate, which uses manual arc multi-layer welding method for base material and processed double-sided U-groove, so that carburization phenomenon occurs in the base material of the coating layer. and meet the requirements of multi-layer intergranular corrosion to ensure the quality of the weld bead. However, both of the above two methods belong to multi-layer multi-pass welding and require beveling, so the welding efficiency is very low. Chinese patent CN11260916A discloses a composite steel plate and its explosion welding production method. and the production method is simple, practical, efficient and convenient. However, explosion welding has certain risks, requires special site requirements, is not suitable for connecting composite steels with complex structures, and is difficult to guarantee welding quality.

レーザーは高エネルギービームの一種として、強い透過能力を有し、且つ入熱が低く、溶接変形が小さく、溶接速度が速く、開先の加工が不要で、溶接効率が高いなどの優位性があり、通常の爆発溶接、手動アーク溶接及びサブマージアーク自動溶接などの溶接方法に代わることができるが、大厚み溶接の分野では、レーザー溶接の過程は依然として非常に不安定で、激しいプルーム(plume)と金属蒸気によってレーザーエネルギーが溶接材料により安定的且つ効率的に吸収されないため、理想的な溶接ビード深さを達成することが困難で、レーザー溶接技術の広範な使用が制限される。 As a kind of high-energy beam, laser has strong penetrability, low heat input, small welding deformation, high welding speed, no groove processing, and high welding efficiency. , It can replace welding methods such as ordinary explosion welding, manual arc welding and submerged arc automatic welding, but in the field of large-thickness welding, the laser welding process is still very unstable, causing violent plume and The difficulty in achieving the ideal weld bead depth limits the widespread use of laser welding techniques because the metal vapor does not allow the laser energy to be stably and efficiently absorbed by the weld material.

従来のレーザー溶接技術が大厚み溶接の分野で溶接が不安定で、理想的な溶接ビード深さを達成し難い点について、本発明は厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法及びシステムを提供し、該方法は真空環境下で揺動レーザー手段でより深い溶け込み深さを達成するとともに、溶接ビードの規則性を増加させ、フルサイズの溶接ビードの安定性を向上させ、レーザー溶接技術の厚みのある異種材料溶接への使用の突破を実現した。 In the field of large-thickness welding, the conventional laser welding technology is unstable and difficult to achieve the ideal weld bead depth. The method achieves deeper penetration depth by oscillating laser means under vacuum environment, increases the regularity of the weld bead, improves the stability of the full size weld bead, and improves the stability of the laser welding technology. Achieved a breakthrough in use for welding of thick dissimilar materials.

上記の目的を実現するために、本発明は、厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法を提供し、該方法は、
S1:溶接される異種材料の溶接接触面を研磨、酸洗又はレーザー洗浄処理する異種材料の溶接前処理と、
S2:異種材料を真空チャンバ内の操作ステージに置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビードの開始点に合わせ、操作ステージに連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビードの全域を覆うように確保するチャック及び溶接機構の動的調整と、
S3:前記真空チャンバを、対応する異種材料の溶接溶け込みが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバに高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、1000Pa以下の真空環境を得る高真空度環境処理と、
S4:実際の溶接ビード形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置する溶接プロセスパラメータの決定であって、前記レーザー加工パラメータは加工速度、レーザーパワー、デフォーカス量、スポット形状、揺動幅及び揺動周波数を含み、揺動幅と低い揺動周波数は、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保する溶接プロセスパラメータの決定と、
S5:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー再溶解表面の改質を開始、再溶解が完了した後に、高温溶接ビードの表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了する溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接とを含む。
To achieve the above objectives, the present invention provides a high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials, which method comprises:
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials in which the weld contact surfaces of the dissimilar materials to be welded are polished, pickled or laser-cleaned;
S2: The dissimilar materials are placed on the operation stage in the vacuum chamber and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device are adjusted, the spot is aligned with the starting point of the weld bead, and the traveling mechanism connected to the operation stage is moved. dynamic adjustment of the chuck and the welding mechanism to ensure that the running trajectory of the spot covers the entire weld bead while realizing relative movement of the fixed trajectory of the spot and the composite plate by setting;
S3: After the vacuum chamber is evacuated until the weld penetration of the corresponding dissimilar materials reaches a specified degree of vacuum, at the same time, the vacuum chamber is filled with high-purity inert gas, and the movement of air intake and bleed in the chamber. a high-vacuum environment treatment that adjusts the target balance and obtains a vacuum environment of 1000 Pa or less;
S4: Determining the welding process parameters according to the actual weld bead shape, size and performance requirements, setting the corresponding laser processing parameters, the laser processing parameters include processing speed, laser power, defocus amount, spot shape , including the oscillation amplitude and oscillation frequency, where oscillation amplitude and low oscillation frequency increase the size of the keyhole opening to allow the laser to better reach the bottom of the keyhole without affecting the penetration depth. Determining welding process parameters to ensure contact;
S5: After the parameter setting operation is completed, start the vacuum laser remelting surface modification. Keep the pressure unchanged within a certain time, then close the protective gas intake valve, the pump group, the flapper valve, open the air intake valve until the atmospheric pressure, open the chamber door, and weld It includes the penetration and welding of high aspect ratio weld beads to complete high quality welding of thick composite plates in a vacuum environment.

さらに、前記指定真空度の範囲は100~1000Paである。 Furthermore, the range of the specified degree of vacuum is 100-1000Pa.

さらに、前記高純度不活性ガスは、水分含有量が1000ppm以下であり、純度が99.9%以上であり、流量が10L/min以下である。 Furthermore, the high-purity inert gas has a water content of 1000 ppm or less, a purity of 99.9% or more, and a flow rate of 10 L/min or less.

さらに、前記レーザーのプロセスパラメータの一部は、溶接速度が0.1m/min~1m/min、溶接パワーが5~50kW、デフォーカス量が-30mm~0mm、スポットの揺動幅が0.1~1mm、揺動周波数が20~150Hzであるように構成される。 Furthermore, some of the process parameters of the laser are welding speed of 0.1 m/min to 1 m/min, welding power of 5 to 50 kW, defocus amount of -30 mm to 0 mm, and spot swing width of 0.1. ˜1 mm, and the oscillation frequency is configured to be 20-150 Hz.

溶接速度が0.6m/min、レーザーパワーが5kW、デフォーカス量が0mm、スポット形状が溶接方向に垂直である8字形スポット、揺動幅が0.5mm、揺動周波数が100Hzである。 The welding speed is 0.6 m/min, the laser power is 5 kW, the defocus amount is 0 mm, the spot shape is a figure 8 spot perpendicular to the welding direction, the swing width is 0.5 mm, and the swing frequency is 100 Hz.

さらに、再溶解が完了した後に、不活性ガスを導入し続けて真空チャンバ3内の圧力が変化しないように保持し、持続時間は3min以上である。 Furthermore, after the redissolution is completed, the inert gas is continuously introduced to keep the pressure in the vacuum chamber 3 from changing, and the duration is 3 minutes or more.

本発明の別の側面によれば、厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接システムをさらに提供し、該システムは、
真空引きするための真空引き機構及び不活性ガスを導入する不活性ガス導入機構と、
高真空度の溶接環境を提供するための真空チャンバであって、前記真空チャンバ内に、溶接される厚みのある異種材料を挟持するための操作ステージが設けられ、前記真空チャンバに、前記真空引き機構に連結され、真空管路内の気流をオン又はオフにするための電子制御フラッパ弁と、不活性ガス導入機構に連結され、不活性ガスの導入をオン又はオフにするための保護ガス吸気弁と、外部環境から真空チャンバ内への空気の導入をオン又はオフにするための空気吸気弁とが設けられる真空チャンバと、
前記溶接される厚みのある異種材料の運動を実現するための走行機構であって、該走行機構は前記操作ステージに連結され、複数種の運転動作を行うように前記操作ステージを動かす走行機構と、
レーザー装置、レーザー溶接ヘッド及びロボットを含む、前記溶接される厚みのある異種材料の溶接ビードにマッチするレーザー溶接ユニットであって、前記ロボットはレーザー溶接ヘッドの揺動を制御し、且つ前記走行機構にマッチし、レーザー装置によってマッチしたパワーを出力し、溶接される厚みのある異種材料に対する大溶け込みの溶接ビードの一次成形を実現するレーザー溶接ユニットとを含む。
According to another aspect of the present invention, there is further provided a high quality vacuum laser welding system for thick dissimilar materials, the system comprising:
A vacuuming mechanism for vacuuming and an inert gas introduction mechanism for introducing an inert gas;
A vacuum chamber for providing a high-vacuum welding environment, wherein an operation stage is provided in the vacuum chamber for sandwiching a thick dissimilar material to be welded, and the vacuum chamber is provided with the vacuum. An electronically controlled flapper valve connected to the mechanism for turning on or off the airflow in the vacuum line and a protective gas intake valve connected to the inert gas introduction mechanism for turning on or off the introduction of the inert gas. and an air intake valve for turning on or off the introduction of air into the vacuum chamber from the external environment;
a traveling mechanism for realizing motion of the thick dissimilar materials to be welded, the traveling mechanism being coupled to the operating stage and moving the operating stage to perform a plurality of types of driving motions; ,
A laser welding unit matching the weld bead of thick dissimilar materials to be welded, comprising a laser device, a laser welding head and a robot, wherein the robot controls the oscillation of the laser welding head and the traveling mechanism and a laser welding unit that outputs matched power by the laser device to achieve primary forming of a weld bead with high penetration into the thick dissimilar materials to be welded.

さらに、前記真空チャンバ内に気圧センサが設けられる。 Furthermore, an air pressure sensor is provided within the vacuum chamber.

さらに、前記レーザー溶接ユニットの溶接パラメータは、溶接パワーが5~50kW、デフォーカス量が-30mm~0mm、スポットの揺動幅が0.1~1mm、揺動周波数が20~150Hzであるように構成される。 Furthermore, the welding parameters of the laser welding unit are such that the welding power is 5 to 50 kW, the defocus amount is -30 mm to 0 mm, the spot swing width is 0.1 to 1 mm, and the swing frequency is 20 to 150 Hz. Configured.

概して、本発明によって構想された以上の技術案は、従来の技術と比較して、下記の有益な効果を取得することができる。 In general, the above technical solution envisioned by the present invention can obtain the following beneficial effects compared with the prior art.

1.本発明の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法は、1000Pa以下の真空環境を提供することにより、溶接ビードの溶け込みが常圧環境での溶接ビードの溶け込みの倍になり、同じレーザーパワー条件下でより深い溶け込み深さを達成し、大溶け込みの溶接ビードの一次成形を実現し、溶接効率を大幅に向上させることができ、且つ溶接ビードのアスペクト比がより高く、3:1に達することができ、アークと通常のレーザー溶接に比べて、より小さい入熱で等軸晶の成長を促進し、溶接ビードの強度を向上させ、さらに低い溶接速度、高いレーザーパワー及び一定範囲内のデフォーカス量を選択して溶け込み深さを増加させる。真空環境下で揺動レーザー手段を加えることで、従来の揺動レーザー溶接の溶け込み能力の束縛を打ち破り、小さい揺動幅と低い揺動周波数で溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触させ、溶け込みを増加させる効果を達成することができ、また、揺動レーザーにより、溶接ビードの規則性を増加させ、フルサイズの溶接ビードの安定性を向上させ、レーザー溶接技術の厚みのある異種材料溶接への使用の突破を実現する。 1. The high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials of the present invention provides a vacuum environment of 1000 Pa or less, so that the penetration of the weld bead is double that in the normal pressure environment, and the same laser power It can achieve a deeper penetration depth under the conditions, achieve the primary forming of the weld bead with large penetration, greatly improve the welding efficiency, and the aspect ratio of the weld bead is higher, reaching 3:1. Compared to arc and conventional laser welding, it promotes the growth of equiaxed grains with a smaller heat input, improves the strength of the weld bead, and has a low welding speed, high laser power, and a certain range of depletion. Select the amount of focus to increase the penetration depth. By adding an oscillating laser means in a vacuum environment, breaking the constraint of the penetration ability of the conventional oscillating laser welding, the keyhole can be opened with a small oscillating width and low oscillating frequency without affecting the penetration depth. The size can be increased to make the laser contact the bottom of the keyhole better, achieving the effect of increasing penetration, and the oscillating laser also increases the regularity of the weld bead, making the full size Improve the stability of the weld bead and realize the breakthrough in the use of laser welding technology for welding thick dissimilar materials.

2.本発明の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法は、真空環境下で溶接することにより、環境中の酸素含有量を低減し、金属の酸化反応を抑制し、気孔の発生を効果的に抑制することができる。さらに、真空環境は、溶接過程におけるプラズマプルーム及び金属飛散の発生を抑制し、レーザーエネルギーを複合鋼板に安定的に吸収させ、溶接可能な深さを向上させる。 2. The high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials of the present invention reduces the oxygen content in the environment, suppresses the oxidation reaction of metal, and effectively prevents the generation of pores by welding in a vacuum environment. can be suppressed to In addition, the vacuum environment suppresses the plasma plume and metal splattering during the welding process, stably absorbs the laser energy into the composite steel plate, and increases the weldable depth.

3.本発明の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法は、レーザーを用いて熱源として厚みのある複合異種材料を溶接することにより、その光源の溶け込み能力が強く、形式が多様で、ビームは多種のパラメータを調整することでエネルギー場同調を行うことができ、複雑な構造を加工する自由度がより高く、より柔軟であり、大厚み溶接の一次成形を実現することができる。溶接ビードの形状に応じて異なるレーザー溶接ヘッドを選択し、レーザーのデフォーカス量、揺動方式、スポット形状及びレーザーの波長などを設定し、溶接ビード深さに応じてレーザーパワー、溶接速度及び揺動幅などを調整することにより、複数種の異なる材質及び構造の厚みのある異種材料の溶接成形に適用することができる。従来のアーク溶接よりも効率が高く、制御可能性が強く、溶接品質が高い。爆発溶接よりも安全で環境にやさしく、場所の要求が小さい。電子ビーム溶接よりも低コストで複雑な構造への適応性が高い。 3. The high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials of the present invention uses laser as a heat source to weld thick composite dissimilar materials. Energy field tuning can be achieved by adjusting various parameters, and the degree of freedom in processing complex structures is higher and more flexible, and the primary forming of large-thickness welding can be achieved. Select a different laser welding head according to the shape of the weld bead, set the laser defocus amount, oscillation method, spot shape, laser wavelength, etc., and adjust the laser power, welding speed and oscillation according to the weld bead depth. By adjusting the moving width, it can be applied to the welding forming of a plurality of different materials with different thicknesses and different structures. Higher efficiency, stronger controllability and higher weld quality than traditional arc welding. It is safer and more environmentally friendly than explosion welding and requires less space. It is less costly and more adaptable to complex structures than electron beam welding.

4.本発明の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法は、複合板材の溶接前処理により、ベース層板材と被覆層板材との重ね合わせ面の清浄度を保証し、表面汚れ、酸化層などの要因による欠陥の確率が低減する。組立治具、真空チャンバのサイズ、走行機構などの外部設備は具体的な加工ワークのサイズ、加工ワークの構造、加工軌跡などの具体的な状況に応じて柔軟に選択することができ、複雑な構造と厚みのある異種材料の高品質溶接成形を実現することができる。 4. The high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials of the present invention guarantees the cleanliness of the overlapping surface of the base layer plate material and the coating layer plate material by pre-welding the composite plate material, and prevents surface stains, oxidation layers, etc. The probability of defects due to factors such as External equipment such as assembly jigs, vacuum chamber sizes, and traveling mechanisms can be flexibly selected according to specific conditions such as the size of the workpiece to be processed, the structure of the workpiece to be processed, and the machining trajectory. It can realize high-quality welding forming of dissimilar materials with structure and thickness.

本発明の実施例における厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法のフロー模式図である。1 is a flow schematic diagram of a high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials in an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における厚みのある異種材料高品質真空レーザー溶接システムの構造模式図である。1 is a structural schematic diagram of a thick dissimilar material high-quality vacuum laser welding system according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における真空環境と常圧環境でのレーザー溶接の横断面の比較図である。FIG. 4 is a cross-sectional comparison diagram of laser welding in a vacuum environment and a normal pressure environment in an embodiment of the present invention; 本発明の実施例における真空レーザー溶接した複合鋼板の表面溶接ビードの金相図である。FIG. 4 is a metal phase diagram of a surface weld bead of a composite steel plate vacuum laser welded in an example of the present invention. 本発明の実施例における真空レーザー溶接した複合鋼板の溶接ビードの横断面の金相図である。FIG. 3 is a metal phase diagram of a cross section of a weld bead of a composite steel plate vacuum laser welded in an example of the present invention. 本発明の実施例における真空レーザー溶接した複合鋼板の溶接ビードの縦断面の金相図である。FIG. 4 is a metal phase diagram of a longitudinal section of a weld bead of a composite steel plate vacuum laser welded in an example of the present invention.

符号の説明
すべての図面において、同じ符号は同じ技術的特徴を示し、具体的には次のとおりである。1-ベース層板材、2-被覆層板材、3-真空チャンバ、4-操作ステージ、5-レーザー溶接ヘッド、6-溶接ビード。
Explanation of Symbols In all the drawings, the same symbols indicate the same technical features, specifically as follows. 1 - base layer plate, 2 - cover layer plate, 3 - vacuum chamber, 4 - operating stage, 5 - laser welding head, 6 - weld bead.

本発明の実施例の目的、技術案及び利点をより明らかで明確にするために、以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。ここで説明される具体的実施例は本発明を説明するためのものにすぎず、本発明を限定するためのものではないことを理解すべきである。また、以下に説明する本発明の各実施形態に係る技術的特徴は、互いに衝突しない限り、互いに組み合わせることができる。 In order to make the objects, technical solutions and advantages of the embodiments of the present invention clearer and clearer, the present invention will now be further described in detail with reference to the drawings and embodiments. It should be understood that the specific embodiments described herein are for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the invention. Moreover, the technical features according to the embodiments of the present invention described below can be combined with each other as long as they do not conflict with each other.

図1に示すように、本発明は厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法を提供し、該方法は、レーザーと真空環境を組み合わせて厚みのある複合板の溶接効率及び品質を向上させ、レーザー光源の調整手段の多様化などの特徴により、溶接ビード継手の成形及びその内部結晶組織分布の効果を調整して制御し、複雑な構造の厚みのある複合材料の高品質接続を実現し、該方法は、
S1:溶接される異種材料の溶接接触面を研磨、酸洗又はレーザー洗浄処理する異種材料の溶接前処理と、
S2:異種材料を真空チャンバ3内の操作ステージ4に置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビード6の開始点に合わせ、操作ステージ4に連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビード6の全域を覆うように確保するチャック及び溶接機構の動的調整と、
S3:前記真空チャンバ3に対して、対応する異種材料の溶接溶け込みが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバ3に高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、1000Pa以下の真空環境を得る高真空度環境処理と、
S4:実際の溶接ビード6の形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置する溶接プロセスパラメータの決定であって、前記レーザー加工パラメータは加工速度、レーザーパワー、デフォーカス量、スポット形状、揺動幅及び揺動周波数を含み、揺動幅と低い揺動周波数は、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保する溶接プロセスパラメータの決定と、
S5:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー再溶解表面の改質を開始し、再溶解が完了した後に、高温溶接ビード6の表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ3内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了する溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接とを含む。
As shown in FIG. 1, the present invention provides a high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials, which combines laser and vacuum environment to improve the welding efficiency and quality of thick composite plates. , with the diversification of laser light source adjustment means and other features, it is possible to adjust and control the effects of welding bead joint shaping and its internal crystal structure distribution to achieve high-quality joints of thick composite materials with complex structures. , the method is
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials in which the weld contact surfaces of the dissimilar materials to be welded are polished, pickled or laser-cleaned;
S2: The dissimilar material is placed on the operation stage 4 in the vacuum chamber 3 and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device is adjusted, the spot is aligned with the starting point of the weld bead 6, and the operation stage 4 is connected. dynamic adjustment of the chuck and the welding mechanism to ensure that the traveling trajectory of the spot covers the entire area of the weld bead 6 while realizing the relative movement of the fixed trajectory of the spot and the composite plate by setting the traveling mechanism;
S3: After evacuating the vacuum chamber 3 until the welding penetration of the corresponding dissimilar materials reaches a specified degree of vacuum, at the same time, the vacuum chamber 3 is filled with a high-purity inert gas, and the inside of the chamber is sucked. , a high-vacuum environment treatment that adjusts the dynamic balance of bleed air and obtains a vacuum environment of 1000 Pa or less;
S4: Determining welding process parameters according to the shape, size and performance requirements of the actual weld bead 6, setting corresponding laser processing parameters, wherein the laser processing parameters include processing speed, laser power, defocus amount, Including spot shape, wobble width and wobble frequency, wobble width and low wobble frequency allow the laser to better penetrate the keyhole by increasing the size of the keyhole opening without affecting the penetration depth. Determining welding process parameters that ensure contact with the bottom;
S5: After the parameter setting operation is completed, start the vacuum laser remelting surface modification, after the remelting is completed, in order to prevent the rapid reaction of the surface of the high temperature welding bead 6 and the air, the vacuum chamber Keep the pressure in 3 unchanged for a certain period of time, then close the protective gas intake valve, pump group, flapper valve, open the air intake valve until the pressure reaches atmospheric pressure, and open the chamber door. , retrieving the welded composite plate material and welding the penetration and high aspect ratio weld bead to complete a high quality weld of the thick composite plate material in a vacuum environment.

ステップS1において、前記異種材料はベース層板材1と被覆層板材2とを含み、処理時にベース層板材1と被覆層板材2の溶接される領域の表面の油膜、汚れ、酸化などのレーザー溶接を阻害する不純物を除去し、溶接領域のレーザーエネルギーに対する吸収効果の低下による溶接効果に影響することを回避する。 In step S1, the dissimilar materials include the base layer plate 1 and the cover layer plate 2, and during processing, the surface of the base layer plate 1 and the cover layer plate 2 to be welded will not have oil film, dirt, oxidation, etc. on the surface of the laser welding. Remove interfering impurities to avoid affecting the welding effect by reducing the absorption effect for the laser energy in the welding area.

ステップS2において、前記は平板の突き合わせに限らず、直方体、筒体、厚み変更などの比較的複雑な構造で突き合わせを行い、操作ステージ4に設けられた対応する治具で両者をチャック固定した後に、次の溶接動作を行ってもよい。前記操作ステージ4に連結された走行機構は、複数種の加工方式に適応可能であり、3次元の協働直線変位、回転、反転などを含む運転動作を行い、協働治具で複合板材の運動軌跡とレーザースポットの相対移動を実現し、溶接ビード6の始点から終点までスポットの相対運動軌跡に覆われることができる。ステップS3において、前記真空チャンバ3のサイズ、形式は実際の必要に応じて調整可能であり、前記指定真空度は100~1000Paにあるべきであり、好ましくは、前記指定真空度は300~800Paにあり、好ましくは、前記指定真空度は500~700Paにある。前記乾燥した高純度不活性ガスは、水分含有量が1000ppm以下、純度が99.9%以上、流量が10L/min以下でなければならない。 In step S2, not only flat plates but also relatively complex structures such as rectangular parallelepipeds, cylinders, thickness changes, etc. are matched, and both are chucked and fixed by corresponding jigs provided on the operation stage 4. , the following welding operations may be performed: The traveling mechanism connected to the operation stage 4 is adaptable to a plurality of types of processing methods, and performs driving operations including three-dimensional cooperative linear displacement, rotation, reversal, etc. The relative movement of the motion trajectory and the laser spot can be realized, and the welding bead 6 can be covered by the relative motion trajectory of the spot from the starting point to the end point. In step S3, the size and type of the vacuum chamber 3 can be adjusted according to actual needs, and the designated vacuum degree should be 100-1000Pa, preferably 300-800Pa. Yes, preferably, the specified degree of vacuum is in the range of 500-700Pa. The dry high-purity inert gas should have a moisture content of 1000 ppm or less, a purity of 99.9% or more, and a flow rate of 10 L/min or less.

ステップS4において、前記レーザーのプロセスパラメータの一部は、次のように構成される。
溶接速度は0.1m/min~1m/min、好ましくは、前記溶接速度は0.3m/min~0.8m/min、好ましくは、前記溶接速度は0.5m/min~0.7m/minであり、
溶接パワーは5~50kW、好ましくは、前記溶接パワーは5~30kW、好ましくは、前記溶接パワーは5~20kW、好ましくは、前記溶接パワーは5~10kWであり、
デフォーカス量は-30mm~0mm、好ましくは、前記デフォーカス量は-20mm~0mm、好ましくは、前記デフォーカス量は-10mm~0mm、好ましくは、前記デフォーカス量は-5mm~-0mmであり、
スポットの揺動幅は0.1~1mm、好ましくは、前記スポットの揺動幅は0.3~0.8mm、好ましくは、前記スポットの揺動幅は0.3~0.5mmであり、
揺動周波数は20~150Hz、好ましくは、前記揺動周波数は40~130Hz、好ましくは、前記揺動周波数は60~120Hz、好ましくは、前記揺動周波数は80~110Hzであり、
他のパラメータはレーザー溶接ヘッドの機能及び溶接ビードの要求に応じて独立して選択可能である。
In step S4, some of the process parameters of the laser are configured as follows.
The welding speed is 0.1 m/min to 1 m/min, preferably the welding speed is 0.3 m/min to 0.8 m/min, preferably the welding speed is 0.5 m/min to 0.7 m/min and
The welding power is 5-50 kW, preferably the welding power is 5-30 kW, preferably the welding power is 5-20 kW, preferably the welding power is 5-10 kW,
The defocus amount is -30 mm to 0 mm, preferably the defocus amount is -20 mm to 0 mm, preferably the defocus amount is -10 mm to 0 mm, preferably the defocus amount is -5 mm to -0 mm. ,
The spot swing width is 0.1 to 1 mm, preferably the spot swing width is 0.3 to 0.8 mm, preferably the spot swing width is 0.3 to 0.5 mm,
The oscillation frequency is 20 to 150 Hz, preferably the oscillation frequency is 40 to 130 Hz, preferably the oscillation frequency is 60 to 120 Hz, preferably the oscillation frequency is 80 to 110 Hz,
Other parameters are independently selectable depending on the capabilities of the laser welding head and the requirements of the weld bead.

ステップS5において、高温溶接ビード6の表面が空気に酸化することによる溶接強度の低下を回避するために、真空チャンバ3内に不活性ガスを導入し続けて圧力が変化しないように保持し、圧力が変化しない持続時間は3min以上である。 In step S5, in order to avoid a decrease in welding strength due to air oxidation of the surface of the high-temperature weld bead 6, inert gas is continuously introduced into the vacuum chamber 3 to keep the pressure unchanged. The duration for which is not changed is 3 min or longer.

本発明の実施例において、1000Pa以下の真空環境を提供することにより、溶接ビードの溶け込みが常圧環境での溶接ビードの溶け込みよりも倍になり、限られたレーザーパワー条件下でより大きな溶け込み深さを達成し、大溶け込みの溶接ビードの一次成形を実現し、溶接効率を大幅に向上させることができ、また、レーザー溶接機構は、ロボットによってレーザー溶接ヘッドを高精度に制御し、溶接される異種材料の運動方向と垂直である方向の揺動を実現し、且つその揺動の幅は異種材料の種類、板材の厚みによって適応的な調整を実現することができ、これにより、溶接ビードの幅を広くし、高真空度環境に配合し、溶接ビードのアスペクト比がより高く、3:1に達することができ、アークと通常のレーザー溶接に比べて、より小さい入熱は等軸晶の成長を促進し、溶接ビードの強度を向上させる。さらに、本発明の走行機構と真空レーザー溶接機構の運動は制御システムによって同期制御が実現され、特に異なる種類の異種材料、異なる厚みの材料に対して、計算分析によってその回転速度が決定され、異なるレーザー揺動幅の値にマッチし、真空環境下で揺動レーザーを加える手段は、従来の揺動レーザー溶接の溶け込み能力の束縛を打ち破り、小さい揺動幅と低い揺動周波数は、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触させ、溶け込みを増加させる効果を達成することができる。 In the embodiment of the present invention, by providing a vacuum environment of 1000 Pa or less, the weld bead penetration is doubled compared to the weld bead penetration in a normal pressure environment, resulting in a greater penetration depth under limited laser power conditions. The laser welding mechanism controls the laser welding head with high precision by a robot to achieve the primary forming of a weld bead with a large penetration and greatly improves the welding efficiency. The oscillation in the direction perpendicular to the movement direction of the dissimilar materials can be realized, and the oscillation width can be adaptively adjusted according to the types of dissimilar materials and the thickness of the plate, so that the welding bead can be welded. Wider width, suitable for high vacuum environment, higher weld bead aspect ratio, can reach 3:1, less heat input than arc and ordinary laser welding Promote growth and improve weld bead strength. In addition, the movement of the traveling mechanism and the vacuum laser welding mechanism of the present invention is synchronously controlled by the control system, especially for different types of dissimilar materials and different thickness materials, the rotational speed is determined by computational analysis, and different The means of matching the value of the laser oscillation amplitude and applying the oscillation laser in a vacuum environment breaks the constraint of the penetration ability of the traditional oscillation laser welding, and the small oscillation amplitude and low oscillation frequency reduce the penetration depth. The size of the keyhole opening can be increased to allow the laser to better contact the bottom of the keyhole without affecting the , achieving the effect of increasing penetration.

図2に示すように、本発明の1つの側面によれば、厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法の実施と配合するために、厚みのある異種材料高品質真空レーザー溶接システムをさらに提供し、該システムは真空チャンバ3とレーザー溶接ユニットとを含み、真空チャンバ3に、複合板材を入れて取り出すためのチャンバドアが設けられ、真空チャンバ3内に操作台が設けられ、前記操作台に溶接されるベース層板材1と被覆層板材2をクランプ固定するための治具が設けられ、前記操作台は走行機構に連結され、走行機構によって複数種の運転動作を行うように動かし、前記真空チャンバ3に空気吸気弁、電子制御フラッパ弁、保護ガス吸気弁及び気圧センサがさらに設けられ、前記空気弁は外部環境から真空チャンバ3内への空気の導入をオン又はオフにするために用いられ、前記電子制御フラッパ弁は真空管路内の気流をオン又はオフにするために用いられ、真空引き機構は電子制御フラッパ弁によって真空チャンバ3内を真空状態に引き出すことができ、前記保護ガス吸気弁は不活性ガスを導入するために使用可能であり、制御システムの制御で不活性ガス導入機構が保護ガス吸気弁によって真空チャンバ3内に設置された流量の不活性ガスを導入し、気圧センサが真空チャンバ3の内部圧力を検出することにより真空引き機構を制御して真空チャンバ3の圧力値を要求範囲内になるまで真空引きしながら、不活性ガスが保護ガス吸気弁により導入された後に、真空チャンバ3内の吸気、抽気の動的バランスに指示を提供する。前記レーザー装置ユニットはレーザー装置、レーザー溶接ヘッド5及びロボットを含み、レーザー装置は実際の必要に応じて、ファイバーレーザー、半導体レーザー、CO2などのタイプを含む異なるレーザー装置を選択し、レーザー装置溶接ヘッド5はロボットに設けられ、ロボットにより、溶接角度及び姿勢を調整して複合材料を溶接し、前記レーザー装置溶接ヘッドは必要に応じて真空チャンバ3のチャンバ内又はチャンバ外に設けられてもよく、シングルレーザーヘッド、揺動レーザーヘッド、パルスレーザーヘッドなどのタイプを選択してもよい。ロボットとレーザー装置溶接ヘッドと配合することで、溶接ビード6に合わせるとともに、レーザー溶接ヘッド5は出射するレーザービームのスポット形状及びサイズを調整することができ、真空環境と不活性ガスと配合して、銅、アルミニウムなどの材料の高反射率を克服し、これにより、広い加工ウィンドウを有する安定した状態を形成し、溶接時に発生する金属蒸気を効果的に抑制することができ、プラズマプルーム現象を抑制し、スラグの飛散の発生を制御することに寄与する。溶接時、レーザービームの揺動幅と周波数を設定することにより、ロボットはレーザー装置の溶接ヘッド5を揺動させることで溶接幅と溶け込みを変更することができ、揺動幅の増加に伴い、溶接ビードの形状が従来の釘の先端の形状から矩形になり、大きな溶接接触面積が発生し、溶接継手における抵抗が減少し、良好な機械的接続性能を提供することができる。従来のレーザー溶接では高精度の治具が必要であることに対して、ロボットによってレーザー装置の溶接ヘッドと配合して揺動溶接を行うことにより、溶接される材料のチャック要求が大幅に低減し、許容可能な溶接ビード隙間とズレは一般的なレーザー溶接要求の2~3倍である。 As shown in FIG. 2, according to one aspect of the present invention, a thick dissimilar materials high quality vacuum laser welding system is further provided for implementing and formulating a high quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials. The system includes a vacuum chamber 3 and a laser welding unit, the vacuum chamber 3 is provided with a chamber door for loading and unloading the composite plate, an operation table is provided in the vacuum chamber 3, and the operation table is A jig is provided for clamping the base layer plate material 1 and the covering layer plate material 2 welded to the base layer plate material 1, and the operation platform is connected to a traveling mechanism, and is moved by the traveling mechanism so as to perform a plurality of types of operation operations. The vacuum chamber 3 is further provided with an air intake valve, an electronically controlled flapper valve, a protective gas intake valve and an air pressure sensor, said air valve being used to turn on or off the introduction of air into the vacuum chamber 3 from the external environment. The electronically controlled flapper valve is used to turn on or off the airflow in the vacuum line, and the vacuum mechanism can draw out the vacuum chamber 3 to a vacuum state by the electronically controlled flapper valve, and the protective gas intake The valve can be used to introduce inert gas, under the control of the control system the inert gas introduction mechanism introduces the inert gas at a flow rate set in the vacuum chamber 3 by the protective gas inlet valve, and the pressure sensor detects the internal pressure of the vacuum chamber 3 to control the vacuum mechanism and vacuum until the pressure value of the vacuum chamber 3 is within the required range, while the inert gas is introduced by the protective gas intake valve. , intake, and bleed air in the vacuum chamber 3. Said laser equipment unit includes laser equipment, laser welding head 5 and robot, laser equipment can choose different laser equipment according to actual needs, including fiber laser, semiconductor laser, CO2 and other types, laser equipment welding The head 5 is provided on a robot, and the robot adjusts the welding angle and posture to weld the composite material, and the laser device welding head may be provided inside or outside the vacuum chamber 3 as required. , single laser head, oscillating laser head, pulse laser head and other types may be selected. By combining the robot and the laser device welding head, the laser welding head 5 can adjust the spot shape and size of the emitted laser beam while matching the welding bead 6, and combine with the vacuum environment and inert gas. , overcome the high reflectivity of materials such as copper, aluminum, etc., thereby forming a stable state with a wide processing window, can effectively suppress the metal vapor generated during welding, and reduce the plasma plume phenomenon contributes to controlling the occurrence of slag scattering. During welding, by setting the oscillation width and frequency of the laser beam, the robot can change the welding width and penetration by oscillating the welding head 5 of the laser device. The shape of the weld bead is rectangular from that of a traditional nail tip, creating a large weld contact area, reducing resistance in the weld joint and providing good mechanical connection performance. Conventional laser welding requires high-precision jigs, but by combining the welding head of a laser device with a robot to perform oscillating welding, chuck requirements for the materials to be welded are greatly reduced. , the allowable weld bead clearance and deviation is two to three times the typical laser welding requirements.

実施例1
本発明の具体的実施例1において、用意される異種材料の厚みは炭素鋼が20mm、ステンレス鋼が60mmであり、要求される溶接ビード深さが10mm以上であり、溶接方法は次のとおりである。
S1:異種材料の溶接前処理:ベース層板材(炭素鋼)1と被覆層鋼板(ステンレス鋼)2の溶接される領域の表面をレーザー洗浄し、表面の油汚れ、酸化層及び錆びを除去し、
S2:チャック及び溶接機構の動的調整:異種材料を真空チャンバ3内の操作ステージ4に置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビード6の開始点に合わせ、操作ステージ4に連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビード6の全域を覆うように確保し、
S3:高真空度環境処理:前記真空チャンバ3を、対応する異種材料の溶接溶け込みが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバ3に高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、1000Paの真空環境を得て、
S4:溶接プロセスパラメータの決定:実際の溶接ビード6の形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置し、溶接速度を0.6m/min、レーザーパワーを5kW、デフォーカス量を0mm、スポット形状を溶接方向に垂直である8字形スポット、揺動幅を0.5mm、揺動周波数を100Hzにし、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保し、
S5:溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー再溶解表面の改質を開始し、再溶解が完了した後に、高温溶接ビード6の表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ3内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了した。
Example 1
In the specific embodiment 1 of the present invention, the thickness of the dissimilar materials prepared is 20 mm for carbon steel and 60 mm for stainless steel, the required weld bead depth is 10 mm or more, and the welding method is as follows. be.
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials: The surface of the area to be welded between the base layer plate material (carbon steel) 1 and the coating layer steel plate (stainless steel) 2 is laser-cleaned to remove surface oil stains, oxide layers and rust. ,
S2: dynamic adjustment of the chuck and welding mechanism: dissimilar materials are placed on the operation stage 4 in the vacuum chamber 3 and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device are adjusted, and the spot is the starting point of the weld bead 6; , by setting the traveling mechanism connected to the operation stage 4, while realizing relative movement of the fixed trajectory of the spot and the composite plate material, ensuring that the traveling trajectory of the spot covers the entire area of the weld bead 6,
S3: High-vacuum environment treatment: After the vacuum chamber 3 is evacuated until the welding penetration of the corresponding dissimilar materials reaches a specified vacuum, at the same time, the vacuum chamber 3 is filled with a high-purity inert gas, Adjust the dynamic balance of intake air and bleed air in the chamber to obtain a vacuum environment of 1000 Pa,
S4: Determining welding process parameters: according to the actual shape, size and performance requirements of the weld bead 6, set the corresponding laser processing parameters, welding speed 0.6 m/min, laser power 5 kW, defocus amount 0 mm, the spot shape is a figure-8 spot that is perpendicular to the welding direction, the oscillation width is 0.5 mm, the oscillation frequency is 100 Hz, and the size of the keyhole opening is increased without affecting the penetration depth. to ensure better contact of the laser with the bottom of the keyhole,
S5: Welding a weld bead with a large penetration and aspect ratio: After the parameter setting operation is completed, the vacuum laser remelting surface modification is started, and after the remelting is completed, the surface of the high temperature weld bead 6 and the air In order to prevent a rapid reaction, the pressure in the vacuum chamber 3 is kept unchanged within a certain period of time, after which the protective gas intake valve, the pump group, and the flapper valve are closed, and the air pressure reaches atmospheric pressure. Open the intake valve, open the chamber door, take out the welded composite plate, and complete the high-quality welding of the thick composite plate in the vacuum environment.

実施例2
本発明の具体的実施例2において、用意される異種材料の厚みは炭素鋼が60mm、ステンレス鋼が160mmで、要求される溶接ビード深さは50mmで、溶接方法は次のとおりである。
S1:異種材料の溶接前処理:ベース層板材(炭素鋼)1と被覆層鋼板(ステンレス鋼)2の溶接される領域の表面をレーザー洗浄し、表面の油汚れ、酸化層及び錆びを除去し、
S2:チャック及び溶接機構の動的調整:異種材料を真空チャンバ3内の操作ステージ4に置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビード6の開始点に合わせ、操作ステージ4に連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビード6の全域を覆うように確保し、
S3:高真空度環境処理:前記真空チャンバ3を、対応する異種材料の溶接溶け込みが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバ3に高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、100Paの真空環境を得て、
S4:溶接プロセスパラメータの決定:実際の溶接ビード6の形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置し、溶接速度を0.1m/min、レーザーパワーを25kW、デフォーカス量を-20mm、スポット形状を溶接方向に垂直である8字形スポット、揺動幅を1mm、揺動周波数を100Hzにし、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保し、
S5:溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー再溶解表面の改質を開始し、再溶解が完了した後に、高温溶接ビード6の表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ3内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了した。
Example 2
In the specific embodiment 2 of the present invention, the thickness of the dissimilar materials prepared is 60 mm for carbon steel and 160 mm for stainless steel, and the required weld bead depth is 50 mm, and the welding method is as follows.
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials: The surface of the area to be welded between the base layer plate material (carbon steel) 1 and the coating layer steel plate (stainless steel) 2 is laser-cleaned to remove surface oil stains, oxide layers and rust. ,
S2: dynamic adjustment of the chuck and welding mechanism: dissimilar materials are placed on the operation stage 4 in the vacuum chamber 3 and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device are adjusted, and the spot is the starting point of the weld bead 6; , by setting the traveling mechanism connected to the operation stage 4, while realizing relative movement of the fixed trajectory of the spot and the composite plate material, ensuring that the traveling trajectory of the spot covers the entire area of the weld bead 6,
S3: High-vacuum environment treatment: After the vacuum chamber 3 is evacuated until the welding penetration of the corresponding dissimilar materials reaches the specified vacuum, at the same time, the vacuum chamber 3 is filled with a high-purity inert gas, Adjust the dynamic balance of intake air and bleed air in the chamber to obtain a vacuum environment of 100 Pa,
S4: Determining welding process parameters: according to the actual shape, size and performance requirements of the weld bead 6, set the corresponding laser processing parameters, welding speed 0.1 m/min, laser power 25 kW, defocus amount is -20 mm, the spot shape is a figure-8 spot that is perpendicular to the welding direction, the oscillation width is 1 mm, the oscillation frequency is 100 Hz, and the size of the keyhole opening is increased without affecting the penetration depth. Ensure that the laser is in better contact with the bottom of the keyhole,
S5: Welding of a weld bead with a large penetration and aspect ratio: After the parameter setting operation is completed, the vacuum laser remelting surface modification is started, and after the remelting is completed, the surface of the high temperature weld bead 6 and the air In order to prevent a rapid reaction, the pressure in the vacuum chamber 3 is kept unchanged within a certain period of time, after which the protective gas intake valve, the pump group, and the flapper valve are closed, and the air pressure reaches atmospheric pressure. Open the intake valve, open the chamber door, take out the welded composite plate, and complete the high-quality welding of the thick composite plate in the vacuum environment.

実施例3
本発明の具体的実施例3において、用意される異種材料の厚みは炭素鋼が30mm、ステンレス鋼が100mmで、要求される溶接ビード深さは30mmで、溶接方法は次のとおりである。
S1:異種材料の溶接前処理:ベース層板材(炭素鋼)1と被覆層鋼板(ステンレス鋼)2の溶接される領域の表面をレーザー洗浄し、表面の油汚れ、酸化層及び錆びを除去し、
S2:チャック及び溶接機構の動的調整:異種材料を真空チャンバ3内の操作ステージ4に置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビード6の開始点に合わせ、操作ステージ4に連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビード6の全域を覆うように確保し、
S3:高真空度環境処理:前記真空チャンバ3を、対応する異種材料の溶接溶け込みが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバ3に高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、600Paの真空環境を得て、
S4:溶接プロセスパラメータの決定:実際の溶接ビード6の形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置し、溶接速度を0.3m/min、レーザーパワーを15kW、デフォーカス量を-15mm、スポット形状を溶接方向に垂直である8字形スポット、揺動幅を0.6mm、揺動周波数を80Hzにし、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保し、
S5:溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー再溶解表面の改質を開始し、再溶解が完了した後に、高温溶接ビード6の表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ3内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了した。
Example 3
In the specific embodiment 3 of the present invention, the thickness of the dissimilar materials prepared is 30 mm for carbon steel and 100 mm for stainless steel, the required weld bead depth is 30 mm, and the welding method is as follows.
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials: The surface of the area to be welded between the base layer plate material (carbon steel) 1 and the coating layer steel plate (stainless steel) 2 is laser-cleaned to remove surface oil stains, oxide layers and rust. ,
S2: dynamic adjustment of the chuck and welding mechanism: dissimilar materials are placed on the operation stage 4 in the vacuum chamber 3 and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device are adjusted, and the spot is the starting point of the weld bead 6; , by setting the traveling mechanism connected to the operation stage 4, while realizing relative movement of the fixed trajectory of the spot and the composite plate material, ensuring that the traveling trajectory of the spot covers the entire area of the weld bead 6,
S3: High-vacuum environment treatment: After the vacuum chamber 3 is evacuated until the welding penetration of the corresponding dissimilar materials reaches the specified vacuum, at the same time, the vacuum chamber 3 is filled with a high-purity inert gas, Adjust the dynamic balance of intake air and bleed air in the chamber to obtain a vacuum environment of 600 Pa,
S4: Determining welding process parameters: according to the actual shape, size and performance requirements of the weld bead 6, set the corresponding laser processing parameters, welding speed 0.3 m/min, laser power 15 kW, defocus amount is -15 mm, the spot shape is an eight-shaped spot that is perpendicular to the welding direction, the oscillation width is 0.6 mm, the oscillation frequency is 80 Hz, and the size of the keyhole opening is increased without affecting the penetration depth. to ensure better contact of the laser with the bottom of the keyhole,
S5: Welding of a weld bead with a large penetration and aspect ratio: After the parameter setting operation is completed, the vacuum laser remelting surface modification is started, and after the remelting is completed, the surface of the high temperature weld bead 6 and the air In order to prevent a rapid reaction, the pressure in the vacuum chamber 3 is kept unchanged within a certain period of time, after which the protective gas intake valve, the pump group, and the flapper valve are closed, and the air pressure reaches atmospheric pressure. Open the intake valve, open the chamber door, take out the welded composite plate, and complete the high-quality welding of the thick composite plate in the vacuum environment.

実施例4
本発明の具体的実施例4において、用意される異種材料の厚みは炭素鋼が40mm、ステンレス鋼が140mmで、要求される溶接ビード深さは20mmで、溶接方法は次のとおりである。
S1:異種材料の溶接前処理:ベース層板材(炭素鋼)1と被覆層鋼板(ステンレス鋼)2の溶接される領域の表面をレーザー洗浄し、表面の油汚れ、酸化層及び錆びを除去し、
S2:チャック及び溶接機構の動的調整:異種材料を真空チャンバ3内の操作ステージ4に置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビード6の開始点に合わせ、操作ステージ4に連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビード6の全域を覆うように確保し、
S3:高真空度環境処理:前記真空チャンバ3を、対応する異種材料の溶接溶け込みが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバ3に高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、1000Paの真空環境を得て、
S4:溶接プロセスパラメータの決定:実際の溶接ビード6の形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置し、溶接速度を0.6m/min、レーザーパワーを10kW、デフォーカス量を-8mm、スポット形状を溶接方向に垂直である8字形スポット、揺動幅を0.3mm、揺動周波数を100Hzにし、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保し、
S5:溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー再溶解表面の改質を開始、再溶解が完了した後に、高温溶接ビード6の表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ3内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了した。
Example 4
In specific embodiment 4 of the present invention, the thickness of the dissimilar materials prepared is 40mm for carbon steel and 140mm for stainless steel, and the required weld bead depth is 20mm, and the welding method is as follows.
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials: The surface of the area to be welded between the base layer plate material (carbon steel) 1 and the coating layer steel plate (stainless steel) 2 is laser-cleaned to remove surface oil stains, oxide layers and rust. ,
S2: dynamic adjustment of the chuck and welding mechanism: dissimilar materials are placed on the operation stage 4 in the vacuum chamber 3 and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device are adjusted, and the spot is the starting point of the weld bead 6; , by setting the traveling mechanism connected to the operation stage 4, while realizing relative movement of the fixed trajectory of the spot and the composite plate material, ensuring that the traveling trajectory of the spot covers the entire area of the weld bead 6,
S3: High-vacuum environment treatment: After the vacuum chamber 3 is evacuated until the welding penetration of the corresponding dissimilar materials reaches the specified vacuum, at the same time, the vacuum chamber 3 is filled with a high-purity inert gas, Adjust the dynamic balance of intake air and bleed air in the chamber to obtain a vacuum environment of 1000 Pa,
S4: Determining welding process parameters: according to the actual shape, size and performance requirements of the weld bead 6, set the corresponding laser processing parameters, welding speed 0.6m/min, laser power 10kW, defocus amount -8 mm, the spot shape is a figure-8 spot that is perpendicular to the welding direction, the oscillation width is 0.3 mm, the oscillation frequency is 100 Hz, and the size of the keyhole opening is increased without affecting the penetration depth. to ensure better contact of the laser with the bottom of the keyhole,
S5: Welding of weld beads with large penetration and aspect ratio: After the parameter setting operation is completed, vacuum laser remelting surface modification is started. In order to prevent an undesired reaction, the pressure inside the vacuum chamber 3 is kept unchanged for a certain period of time, and then the protective gas intake valve, pump group, and flapper valve are closed, and air is sucked until the pressure reaches atmospheric pressure. Open the valve, open the chamber door, remove the welded composite plate, and complete the high quality welding of the thick composite plate in the vacuum environment.

図3に示すように、真空環境下、溶接速度が0.6m/minであるとき、6kWのレーザーパワーで12mmの溶接ビードの深さを実現可能であり、真空溶接プロセスでの溶接ビードの深さは常圧レーザー溶接の3倍に近い。 As shown in FIG. 3, under a vacuum environment, when the welding speed is 0.6 m/min, a welding bead depth of 12 mm can be achieved with a laser power of 6 kW. The depth is nearly three times that of normal pressure laser welding.

図4~6に示すように、本発明の実施例において、複合鋼板の真空レーザー溶接した溶接ビードの表面、横断面及び縦断面の金相写真から、溶接ビードの表面に金属光沢を呈し、且つ連続的に安定していることがわかた。揺動レーザーによる溶接ビードの横断面のアスペクト比は3:1以上に達し、溶接ビードの縦断面の平均深さは10mm以上に達することができ、且つ安定的で連続的であり、気孔がなかった。この方法は複合鋼板の高品質一次溶接成形を実現し、溶接効率を大幅に向上させた。 As shown in FIGS. 4 to 6, in the embodiment of the present invention, from the metallographic photographs of the surface, cross section and longitudinal section of the vacuum laser welded weld bead of the composite steel plate, the surface of the weld bead exhibits a metallic luster, and It was found to be continuously stable. The aspect ratio of the cross section of the weld bead by the oscillating laser reaches 3:1 or more, the average depth of the weld bead longitudinal section can reach 10 mm or more, and the weld bead is stable, continuous, and pore-free. rice field. This method realized high-quality primary welding forming of composite steel plates and greatly improved welding efficiency.

本発明の実施例において、複合板材の溶接前処理により、ベース層板材と被覆層板材との重ね合わせ面の清浄度を保証し、表面汚れ、酸化層などの要因による欠陥の確率が低減した。組立治具、真空チャンバのサイズ、走行機構などの外部設備は具体的な加工ワークのサイズ、加工ワークの構造、加工軌跡などの具体的な状況に応じて柔軟に選択することができ、複雑な構造の厚みのある異種材料の高品質接続を実現することができる。 In the embodiment of the present invention, the pre-welding treatment of the composite plate ensured the cleanliness of the overlapping surface of the base layer plate and the cover layer plate, and reduced the probability of defects due to factors such as surface contamination and oxide layer. External equipment such as assembly jigs, vacuum chamber sizes, and traveling mechanisms can be flexibly selected according to specific conditions such as the size of the workpiece to be processed, the structure of the workpiece to be processed, and the machining trajectory. A high-quality connection of dissimilar materials with a thick structure can be realized.

本発明の実施例において、真空環境下で溶接することにより、環境中の酸素含有量を低減し、金属の酸化反応を抑制し、気孔の発生を効果的に抑制することができる。同時に、真空環境は、溶接過程におけるプラズマプルーム及び金属飛散の発生を抑制し、レーザーエネルギーを複合鋼板に安定的に吸収させ、溶接可能な深さを向上させる。真空環境での圧力の低下は、沸点の低下、反跳圧力の増加を含む材料の基本的な特性の変化を招くとともに、熱伝導方式も変化し、最終的に溶融池の凝固過程の温度勾配の低下を招き、溶接ビード組織を等軸晶成長させる傾向がある。 In the embodiment of the present invention, welding in a vacuum environment can reduce the oxygen content in the environment, suppress the oxidation reaction of the metal, and effectively suppress the generation of pores. At the same time, the vacuum environment suppresses the generation of plasma plume and metal splatter during the welding process, allows the laser energy to be stably absorbed by the composite steel plate, and improves the weldable depth. A decrease in pressure in a vacuum environment leads to changes in the basic properties of materials, including a decrease in boiling point and an increase in recoil pressure. , and tends to cause the weld bead structure to grow equiaxed.

本発明の実施例において、レーザーを用いて熱源として厚みのある複合異種材料を溶接することにより、その光源の溶け込み能力が強く、形式が多様であり、ビームは多種のパラメータを調整することでエネルギー場同調を行うことができ、複雑な構造を加工する自由度がより高く、より柔軟であり、大厚み溶接の一次成形を実現することができ、溶接ビードの形状要求に応じて異なるレーザー溶接ヘッドを選択してレーザーのデフォーカス量、揺動方式、スポット形状及びレーザー波長などを設計することができ、溶接ビードの深さに応じてレーザーパワー、溶接速度及び揺動幅などを調整することができ、組織構造又はサイズの要求に応じて、揺動レーザー又は他の方式で温度場を調整して組織の構造及びサイズに影響することができる。これにより、特定のサイズ、形状、性能要求の溶接継手を得ることができる。従来のアーク溶接よりも効率が高く、制御可能性が強く、溶接品質が高い。爆発溶接よりも安全で環境にやさしく、場所の要求が小さい。電子ビーム溶接よりも低コストで複雑な構造への適応性が高い。 In the embodiment of the present invention, laser is used as a heat source to weld thick composite dissimilar materials. It can perform field tuning, has a higher degree of freedom in processing complex structures, is more flexible, can achieve the primary forming of large-thickness welding, and has different laser welding heads according to the shape requirements of the weld bead. can be selected to design the laser defocus amount, oscillation method, spot shape, laser wavelength, etc., and the laser power, welding speed, oscillation width, etc. can be adjusted according to the depth of the weld bead. The temperature field can be adjusted with an oscillating laser or otherwise to affect tissue structure and size as required by tissue structure or size. This allows for welded joints of specific size, shape and performance requirements. Higher efficiency, stronger controllability and higher weld quality than traditional arc welding. It is safer and more environmentally friendly than explosion welding and requires less space. It is less costly and more adaptable to complex structures than electron beam welding.

当業者は、上記は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するためのものではなく、本発明の精神と原則の範囲内で行われたいかなる修正、同等の置換及び改良などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきであることを容易に理解する。 Those skilled in the art will appreciate that the above is merely a preferred embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention, and any modifications, equivalent substitutions and improvements, etc. made within the spirit and principle of the present invention. , should be included in the protection scope of the present invention.

Claims (9)

S1:溶接される異種材料の溶接接触面を研磨、酸洗又はレーザー洗浄処理する異種材料の溶接前処理と、
S2:異種材料を真空チャンバ(3)内の操作ステージ(4)に置いてチャック固定し、レーザー装置の出力スポットのサイズ及び形状を調整し、スポットを溶接ビードを形成すべき箇所(6)の開始点に合わせ、操作ステージ(4)に連結された走行機構を設定することにより、スポットと複合板材の固定軌跡の相対移動を実現しつつ、スポットの走行軌跡が溶接ビードを形成すべき箇所(6)の全域を覆うように確保するチャック及び溶接機構の調整と、
S3:前記真空チャンバ(3)を、対応する異種材料の予想される溶接深さが指定真空度に達するまで真空引き処理した後、同時に、前記真空チャンバ(3)に高純度不活性ガスを充填し、チャンバ内の吸気、抽気の動的バランスを調整し、1000Pa以下の真空環境を得る高真空度環境処理と、
S4:形成予定の溶接ビードの形状、サイズ及び性能需要に応じて、対応するレーザー加工パラメータを設置する溶接プロセスパラメータの決定であって、前記レーザー加工パラメータは加工速度、レーザーパワー、デフォーカス量、スポット形状、揺動幅及び揺動周波数を含み、揺動幅と低い揺動周波数は、溶け込み深さに影響を与えずにキーホールの開口の大きさを大きくしてレーザーをよりよくキーホールの底部に接触するように確保する溶接プロセスパラメータの決定と、
S5:パラメータの設定動作が完了した後に、真空レーザー溶接を開始、溶接が完了した後に、高温溶接ビード(6)の表面と空気の迅速な反応を防止するために、真空チャンバ(3)内の圧力が一定時間内で変化しないように保持し、その後、保護ガス吸気弁、ポンプ群、フラッパ弁を閉じて、大気の圧力になるまで空気吸気弁を開けて、チャンバドアを開けて、溶接された複合板材を取り出し、真空環境での厚みのある複合板材の高品質溶接を完了する溶け込み及びアスペクト比が大きい溶接ビードの溶接とを含む、
ことを特徴とする厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法。
S1: Welding pretreatment of dissimilar materials in which the weld contact surfaces of the dissimilar materials to be welded are polished, pickled or laser-cleaned;
S2: The dissimilar material is placed on the operation stage (4) in the vacuum chamber (3) and chucked, the size and shape of the output spot of the laser device is adjusted, and the spot is positioned where the weld bead should be formed (6). By setting the traveling mechanism connected to the operation stage (4) in accordance with the starting point, the traveling trajectory of the spot ( 6) Adjustment of the chuck and welding mechanism to ensure that the entire area is covered,
S3: After the vacuum chamber (3) is evacuated until the expected welding depth of the corresponding dissimilar materials reaches the specified vacuum, at the same time, the vacuum chamber (3) is filled with high-purity inert gas. high-vacuum environment treatment for obtaining a vacuum environment of 1000 Pa or less by adjusting the dynamic balance of intake air and bleed air in the chamber;
S4: Determining welding process parameters, setting corresponding laser processing parameters according to the shape, size and performance needs of the weld bead to be formed , wherein the laser processing parameters include processing speed, laser power, defocus The amplitude, spot shape, wobble width and wobble frequency, wobble width and low wobble frequency allow the laser to be better keyed by increasing the size of the keyhole opening without affecting the penetration depth. Determining welding process parameters that ensure contact with the bottom of the hole;
S5: After the parameter setting operation is completed, start the vacuum laser welding , after the welding is completed, the surface of the high temperature welding bead (6) and the air inside the vacuum chamber (3) to prevent rapid reaction Keep the pressure unchanged within a certain time, then close the protective gas intake valve, the pump group, the flapper valve, open the air intake valve until the atmospheric pressure, open the chamber door, and weld removing the composite plate and welding the penetration and high aspect ratio weld bead to complete a high quality weld of the thick composite plate in a vacuum environment;
A high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials, characterized by:
前記指定真空度の範囲は100~1000Paである、ことを特徴とする請求項1に記載の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法。 The high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials according to claim 1, characterized in that the range of the specified degree of vacuum is 100-1000Pa. 前記高純度不活性ガスは、水分含有量が1000ppm以下であり、純度が99.9%以上であり、流量が10L/min以下である、ことを特徴とする請求項2に記載の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法。 3. The thick gas according to claim 2, wherein the high-purity inert gas has a moisture content of 1000 ppm or less, a purity of 99.9% or more, and a flow rate of 10 L/min or less. High quality vacuum laser welding method for dissimilar materials. 前記レーザーのプロセスパラメータの一部は、溶接速度が0.1m/min~1m/min、溶接パワーが5~50kW、デフォーカス量が-30mm~0mm、スポットの揺動幅が0.1~1mm、揺動周波数が20~150Hzであるように構成される、ことを特徴とする請求項3に記載の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法。 Some of the process parameters of the laser are a welding speed of 0.1 m/min to 1 m/min, a welding power of 5 to 50 kW, a defocus amount of -30 mm to 0 mm, and a spot swing width of 0.1 to 1 mm. , and the rocking frequency is 20-150 Hz. 前記レーザーのプロセスパラメータの一部は、溶接速度が0.6m/min、レーザーパワーが5kW、デフォーカス量が0mm、スポット形状が溶接方向に垂直である8字形スポット、揺動幅が0.5mm、揺動周波数が100Hzであるように構成される、ことを特徴とする請求項4に記載の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法。 Some of the process parameters of the laser are: welding speed 0.6 m/min, laser power 5 kW, defocus amount 0 mm, spot shape 8-shaped spot perpendicular to the welding direction, swing width 0.5 mm. , the rocking frequency is configured to be 100 Hz. 溶接が完了した後に、不活性ガスを導入し続けて真空チャンバ(3)内の圧力が変化しないように保持し、持続時間は3min以上である、ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法。 Any one of claims 1 to 4, characterized in that after welding is completed, the inert gas is continuously introduced to keep the pressure in the vacuum chamber (3) from changing, and the duration is 3 minutes or more. 3. A high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials according to claim 1. 請求項1~6のいずれか一項に記載の厚みのある異種材料の高品質真空レーザー溶接方法を実現するための厚みのある異種材料高品質真空レーザー溶接システムであって、
真空引きするための真空引き機構と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入機構と、
高真空度の溶接環境を提供するための真空チャンバ(3)であって、前記真空チャンバ(3)内に、溶接される厚みのある異種材料を挟持するための操作ステージ(4)が設けられ、前記真空チャンバ(3)に、前記真空引き機構に連結され、真空管路内の気流をオン又はオフにするための電子制御フラッパ弁と、不活性ガス導入機構に連結され、不活性ガスの導入をオン又はオフにするための保護ガス吸気弁と、外部環境から真空チャンバ(3)内への空気の導入をオン又はオフにするための空気吸気弁とが設けられる真空チャンバ(3)と、
前記溶接される厚みのある異種材料の運動を実現するための走行機構であって、該走行機構は前記操作ステージ(4)に連結され、複数種の運転動作を行うように前記操作ステージ(4)を動かす走行機構と、
レーザー装置、レーザー溶接ヘッド(5)及びロボットを含む、前記溶接される厚みのある異種材料の溶接ビードにマッチするレーザー溶接ユニットであって、前記ロボットはレーザー溶接ヘッド(5)の揺動を制御し、且つ前記走行機構にマッチし、レーザー装置がマッチしたパワーを出力することによって、溶接される厚みのある異種材料に対する大溶け込みの溶接ビードの一次成形を実現するレーザー溶接ユニットとを含む、ことを特徴とする厚みのある異種材料高品質真空レーザー溶接システム。
A thick dissimilar material high-quality vacuum laser welding system for realizing the high-quality vacuum laser welding method for thick dissimilar materials according to any one of claims 1 to 6,
A vacuum mechanism for vacuuming, an inert gas introduction mechanism for introducing inert gas,
A vacuum chamber (3) for providing a high-vacuum welding environment, wherein a manipulation stage (4) is provided in said vacuum chamber (3) for clamping a thick dissimilar material to be welded. , to the vacuum chamber (3), an electronically controlled flapper valve connected to the vacuum mechanism for turning on or off the air flow in the vacuum conduit, and an inert gas introduction mechanism for introducing inert gas. a vacuum chamber (3) provided with a protective gas inlet valve for turning on or off the and an air inlet valve for turning on or off the introduction of air into the vacuum chamber (3) from the external environment;
A traveling mechanism for realizing the movement of said thick dissimilar materials to be welded, said traveling mechanism being connected to said operating stage (4), said operating stage (4) being adapted to perform a plurality of kinds of driving motions. ), and a traveling mechanism that moves
A laser welding unit matching the weld bead of thick dissimilar materials to be welded, comprising a laser device, a laser welding head (5) and a robot, wherein the robot controls the oscillation of the laser welding head (5). and a laser welding unit that matches the traveling mechanism and outputs a matching power from the laser device to achieve primary forming of a weld bead with large penetration into thick dissimilar materials to be welded. A high quality vacuum laser welding system for thick dissimilar materials.
前記真空チャンバ(3)内に気圧センサが設けられる、ことを特徴とする請求項7に記載の厚みのある異種材料高品質真空レーザー溶接システム。 Thick dissimilar materials high quality vacuum laser welding system according to claim 7, characterized in that an air pressure sensor is provided in the vacuum chamber (3). 前記レーザー溶接ユニットの溶接パラメータは、溶接パワーが5~50kW、デフォーカス量が-30mm~0mm、スポットの揺動幅が0.1~1mm、揺動周波数が20~150Hzであるように構成される、ことを特徴とする請求項7に記載の厚みのある異種材料高品質真空レーザー溶接システム。 The welding parameters of the laser welding unit are configured such that the welding power is 5 to 50 kW, the defocus amount is -30 mm to 0 mm, the spot swing width is 0.1 to 1 mm, and the swing frequency is 20 to 150 Hz. 8. The thick dissimilar material high quality vacuum laser welding system of claim 7, wherein:
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