用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法技术

用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，包括：采用连续输出和匀速运动的激光束对铝合金锁底对接接头进行焊接，其中，焊接过程中，所述激光束沿着一平行于焊接方向的轴线前进，并且在前进时，所述激光束相对于所述轴线做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹为∞字形曲线，所述激光束的摆动频率为200‑400Hz，摆动振幅为1.5‑3mm，焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于所述轴线对称分布。本发明专利技术可有效控制激光焊缝内部工艺气孔率，实际气孔率小于4％，焊缝过度圆滑，焊缝综合力学性能优良。

A Method for Controlling Gas Holes in Laser Welding Process of Aluminum Alloy Lock Bottom Butt Weld

The method for controlling the gas hole in laser welding process of the butt weld of the aluminum alloy lock bottom includes: welding the butt weld of the aluminum alloy lock bottom with continuous output and uniform motion of laser beam. During the welding process, the laser beam advances along an axis parallel to the welding direction, and when advancing, the excitation is described. The laser beam oscillates periodically with respect to the axis, and the oscillating trajectory of each cycle is a zigzag curve. The oscillating frequency of the laser beam is 200 400 Hz and the oscillating amplitude is 1.5 3 mm. The butt weld formed by welding is symmetrically distributed with respect to the axis. The invention can effectively control the inner process porosity of the laser welding seam, the actual porosity is less than 4%, the welding seam is excessively smooth, and the comprehensive mechanical properties of the welding seam are excellent.

【技术实现步骤摘要】
用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法
本专利技术属于焊接
，尤其涉及一种用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法。
技术介绍
随着新型武器型号对远航程、高隐身能力要求的日益提高，传统的铸造机加工艺难以满足型号发展的需求，轻量化异形截面产品结构被越来越多的采用。铝合金具有材料密度小、耐腐蚀性好等优点，广泛应用于航空、航天等领域。目前，轻量化异形截面结构通常采用框架、蒙皮板焊结构，其中框架部分为机加结构件，蒙皮部分为钣金结构件。焊前先将框架部分组装到位，然后修配蒙皮。为保证蒙皮装配过程中可以压紧装夹到位，同时避免焊接过程中能量过大损坏内部管路，因此轻量化异形结构件接头形式通常采用锁底对接结构。激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊接热输入小、适应性强、易于实现自动化等优点，可以满足未来航空航天产品结构复杂多样的需求，特别适用于对焊接热输入要求较为严格的材料或结构的焊接。但目前铝合金激光焊接工艺气孔问题成为制约激光焊接技术在型号产品中应用的瓶颈，特别是对于型号产品中常用的锁底对接接头，锁底对接接头界面结构比对接接头更为复杂，激光焊接过程中气孔只能从熔池上部溢出，气孔溢出阻力更大，因此锁底对接接头激光焊缝内部工艺气孔更为明显(图1中点状部分为形成在焊缝上的气孔)。目前常见的减少激光焊缝内部气孔的手段主要有双光束焊接、激光填丝焊接、激光电弧复合焊接，但这些手段在气孔消除效果或结构件产品焊接适用性方面均存在一定欠缺。目前缺乏一种控制铝合金锁底对接焊缝激光焊接工艺气孔的有效方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种一种用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法。本专利技术的技术解决方案是：用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，其特征在于，包括：采用连续输出和匀速运动的激光束对铝合金锁底对接接头进行焊接，其中，焊接过程中，所述激光束沿着一平行于焊接方向的轴线前进，并且在前进时，所述激光束相对于所述轴线做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹为∞字形曲线，焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于所述轴线对称分布。进一步地，焊接过程中，激光焊接功率P为4200-5500W，焊接速度v为1500-1800mm/min，激光入射角度控制在5-8°，离焦量控制在5-6mm。进一步地，焊接过程中，采用惰性气体进行正面侧吹保护。进一步地，焊接过程中采用99.99％的高纯氩气进行正面保护，正面侧吹气流量为15-20L/min。进一步地，焊前将待焊铝合金锁底对接工件进行酸洗和机械打磨，将所述待焊铝合金锁底对接工件表面距对接焊缝中心周围20mm～50mm范围内的氧化皮和油污清理干净，将待焊铝合金锁底对接工件的对接端面采用刮刀进行刮削，直至露出白亮色金属本体，然后用丙酮或无水酒精擦拭被清理部位和对接端面。进一步地，焊前清理后在8小时内完成焊接，如在8小时内未完成焊接，则重新进行焊前清理。进一步地，焊接方式为自熔焊，不填充金属。进一步地，焊接所采用的激光器为光纤激光器。进一步地，所述激光束的摆动频率为200-400Hz，摆动振幅为1.5-3mm。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术采用连续输出和匀速运动的激光束对铝合金锁底对接接头进行焊接，焊接过程中，激光束沿着一平行于焊接方向的轴线前进，并且在前进时，激光束相对于所述轴线做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹为∞字形曲线，同时激光束的摆动频率设定为200-400Hz，摆动振幅设定为1.5-3mm，焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于所述轴线对称分布。本专利技术可有效控制激光焊缝内部工艺气孔率，实际气孔率小于4％，焊缝过度圆滑，焊缝内部质量符合符合QJ20660-2016《铝合金激光焊接技术条件》标准中I级接头要求，焊缝综合力学性能优良。附图说明图1为采用现有焊接工艺对铝合金锁底对接接头进行焊接所形成的焊缝照片；图2为本专利技术所述的铝合金锁底对接接头的结构示意图；图3为一个实施例中本专利技术所述的激光束在一个周期的摆动轨迹示意图；图4为另一个实施例中本专利技术所述的激光束在一个周期的摆动轨迹示意图；图5为采用本专利技术所述的激光焊接工艺所焊接形成的焊缝照片；图6为一个实施例中本专利技术所述的激光束在连续两个周期的摆动轨迹示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术提供了一种用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，包括：采用连续输出和匀速运动的激光束对铝合金锁底对接接头进行焊接，其中，焊接过程中，所述激光束沿着一平行于焊接方向的轴线前进，并且在前进时，所述激光束相对于所述轴线做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹为∞字形曲线，所述激光束的摆动频率为200-400Hz，摆动振幅为1.5-3mm，焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于所述轴线对称分布。铝合金锁底对接接头的结构如图2所示，图中字母a标记接头厚度，字母b标记锁底厚度。如图3所示，在铝合金锁底对接接头的焊接过程中，激光束沿着一平行于焊接方向的轴线1前进，前进的同时相对于轴线1做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹2为∞字形曲线。激光束以该特定曲线摆动过程中对熔池产生搅拌作用，从而促使熔池内的气体溢出，或者促使已经闭合的气孔再次敞开，从而达到控制铝合金锁底对接焊缝中激光焊接工艺气孔的目的。如图3所示，激光束在一个周期内，可以从∞字形曲线的中点开始，依次沿I、II、III、IV所标记的箭头指示方向摆动；如图4所示，也可以∞字形曲线的最左端作为起点，依次沿I、II、III、IV所标记的箭头指示方向摆动。激光束在每个周期内以∞字形曲线的形式进行摆动，以达到对熔池进行充分搅拌，进而消除气孔的目的。将激光束的摆动频率设定为200-400Hz，摆动振幅A设定为1.5-3mm。摆动频率过高，会造成热量损失，进而可能导致熔深过小；振幅过大，会导致焊缝宽度增加，进而导致焊接效果接近单光斑焊接效果，影响焊接质量；摆动频率过低，或者振幅过小，都无法起到对熔池的搅拌作用，不利于控制气孔。焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于轴线对称分布，从而保证焊接母材可以稳定地结合在一起。图5为采用本专利技术所述的激光焊接方法所焊接形成的焊缝照片，焊缝表面无气孔。本专利技术可有效控制激光焊缝内部工艺气孔率。尤其在焊接3-5mm厚铝合金锁底对接接头时，实际气孔率小于4％，焊缝过度圆滑，焊缝内部质量符合符合QJ20660-2016《铝合金激光焊接技术条件》标准中I级接头要求，焊缝综合力学性能优良。优选地，所述的用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法中，焊接过程中，激光焊接功率P为4200-5500W，焊接速度v为1500-1800mm/min，激光入射角度控制在5-8°，离焦量控制在5-6mm。焊接工艺参数与激光束的摆动频率和摆动幅度相适应，以进一步提高焊缝质量和力学性能。合适的离焦量有利于减少气孔的产生，同时影响到焊缝的表面成形和熔深。合适的激光入射角度有助于增加焊缝熔深和熔宽。焊接速度即激光束的前进速度。随着激光束以上述焊接速度前进，其同时相对于轴线进行周期性地摆动，因此，激光束最终在整个焊接过程所形成的摆动轨迹中，前后两个周期所形成的∞字形轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，其特征在于，包括：采用连续输出和匀速运动的激光束对铝合金锁底对接接头进行焊接，其中，焊接过程中，所述激光束沿着一平行于焊接方向的轴线前进，并且在前进时，所述激光束相对于所述轴线做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹为∞字形曲线，焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于所述轴线对称分布。

【技术特征摘要】
1.用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，其特征在于，包括：采用连续输出和匀速运动的激光束对铝合金锁底对接接头进行焊接，其中，焊接过程中，所述激光束沿着一平行于焊接方向的轴线前进，并且在前进时，所述激光束相对于所述轴线做周期性地摆动，每个周期的摆动轨迹为∞字形曲线，焊接形成的铝合金锁底对接焊缝相对于所述轴线对称分布。2.如权利要求1所述的用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，其特征在于，焊接过程中，激光焊接功率P为4200-5500W，焊接速度v为1500-1800mm/min，激光入射角度控制在5-8°，离焦量控制在5-6mm。3.如权利要求2所述的用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，其特征在于，焊接过程中，采用惰性气体进行正面侧吹保护。4.如权利要求3所述的用于控制铝合金锁底对接焊缝的激光焊接工艺气孔的方法，其特征在于，焊接过程中采用99.99％的高纯氩气进行正面保护，正面侧吹气流量为15-20L/min。5.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：步贤政，曲宏韬，游东洋，周海波，贾建国，姚为，韩维群，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11